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Eines der beliebtesten Themen der Science-Fiction ist die Zeitreise. H.G. Wells schrieb «Die Zeitmaschine» Gaspar, der Schöpfer von «Anacronopeta», schrieb es bereits 1887, und auch darin geht es um Zeitreisen. Charles Dickens schrieb «Eine Weihnachtsgeschichte» Im Jahr 1843 wurde die Idee entwickelt, dass eine Person technisch gesehen sowohl in die Vergangenheit als auch in die Zukunft reist. Unsere Faszination für dieses Konzept hält bis heute an.
Der Reiz von Zeitreisen liegt vielleicht darin, dass es Umstände gibt, unter denen die Wissenschaft sie zumindest theoretisch ermöglicht. Zum Beispiel reisen wir alle gerade jetzt in die Zukunft. Und das geschieht kontinuierlich, eine Sekunde pro Sekunde!
Aber die meisten von uns haben bei Zeitreisen etwas ganz anderes im Sinn, oder? Wir denken an eine Reise in die Vergangenheit, um auf einem Dinosaurier zu reiten, oder an eine Reise in die ferne Zukunft, um auf einem Roboter-Dinosaurier zu reiten. Ist das also möglich? Finden wir es heraus!
Zeitdilatation und Uhren
Dr. Ana Alonso-Serrano erklärte, dass Raum und Zeit keine absoluten Größen sind. Mathematisch, also theoretisch, lässt sich die Krümmung von Raum und Zeit erklären, wodurch ein geschlossener Kreislauf entsteht – genau das, was Zeitreisen darstellen. Das Problem besteht jedoch darin, diese Phänomene von der Theorie in die Realität umzusetzen. Aus physikalischer Sicht müssen wir dieses Problem besser verstehen, bevor all dies Realität werden kann.
Was wir verstehen und sogar schon jetzt demonstrieren können, ist das Prinzip der Zeitdilatation. Die Idee dahinter ist, dass die Zeit für verschiedene Beobachter unterschiedlich verläuft, abhängig von verschiedenen Faktoren, darunter Gravitationsfelder und Relativbewegung. Vereinfacht gesagt: Soweit wir auf der Erde verstehen, beeinflussen Geschwindigkeit und Schwerkraft die Zeit. Das alles ist Teil der Relativitätstheorie.
Hier kommt die relative Komponente der Relativitätstheorie ins Spiel. Sie haben sicher schon einmal gehört, dass, wenn Sie sich in einer Rakete befinden, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, in den fünf Jahren, die aus Ihrer Perspektive vergehen, auf der Erde etwa 36 Jahre vergangen sind. Das ist Relativitätstheorie in Aktion. Sie werden nie das Gefühl haben, durch die Zeit zu springen. Sie bewegen sich einfach nur schnell. Aber im Verhältnis zu den Menschen auf der Erde bewegen Sie sich in die Zukunft.
Ein amüsantes Beispiel dafür, das wir auch in der realen Welt beobachtet haben, ist der Vergleich zwischen den Zwillingsbrüdern Scott und Mark Kelly. Scott verbrachte ein ganzes Jahr im Weltraum und flog mit 28.000 km/h in einer deutlich geringeren Schwerkraft als sein Bruder auf der Erde. Als Scott aus dem Orbit zurückkehrte, wirkte Mark aufgrund der Zeitdilatation 5 Millisekunden älter als sein Bruder.
Experimente mit Atomuhren in den 1970er Jahren zeigten, dass die in Flugzeugen mitgeführten Uhren um die Welt von den nach der Landung am Boden zurückgelassenen Uhren abwichen. Der Unterschied beträgt winzige Bruchteile einer Sekunde und wäre für einen Menschen zu Lebzeiten bedeutungslos, doch er beweist die Richtigkeit von Einsteins Theorie. Modernere und noch genauere Uhren haben dies bestätigt.
Aufgrund ihrer Geschwindigkeit und Flughöhe benötigen GPS-Satelliten speziell kalibrierte Uhren. Sie verlieren täglich etwa 38 Mikrosekunden und müssen daher ständig nachjustiert werden, da sie sonst auf der Erde nicht korrekt funktionieren. Ohne Korrektur liefern sie täglich Koordinaten mit einem Fehler von 10 Kilometern.
Die Zeit vergeht je nach den jeweiligen Bedingungen unterschiedlich, und wenn wir extrem hohe Geschwindigkeiten erreichen könnten, wäre der Effekt viel ausgeprägter. Basierend auf den Beobachtungen derer, die Sie zurückgelassen haben, würden Sie in die Zukunft versetzt. Auf der Erde würden vielleicht hundert Jahre vergehen, aber Sie würden – je nach der erreichten Geschwindigkeit – nur wenige Jahre oder sogar Monate altern.
Was hindert uns daran, in die Zukunft zu gehen?
Das größte Hindernis für Geschwindigkeiten, die mit Zeitreisen vergleichbar sind, ist die Masse. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt auch die Masse, was wiederum einen höheren Energiebedarf bedeutet. Deshalb kann sich nichts schneller als das Licht bewegen. Masse mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, würde unendlich viel Energie erfordern, was schlichtweg unmöglich ist. Licht hingegen, das keine Masse besitzt, bewegt sich mit der maximal möglichen Geschwindigkeit.
Angenommen, Sie möchten sich mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sie benötigen dennoch sehr viel Energie. Um die Geschwindigkeit zu verdoppeln, müssen Sie die kinetische Energie vervierfachen. Um die Geschwindigkeit zu verdreifachen, müssen Sie die kinetische Energie verneunfachen.
Mathematisch gesehen würde der Transport einer 50 Kilogramm schweren Nutzlast mit 11³T Lichtgeschwindigkeit 200 Billionen Joule Energie erfordern, was dem durchschnittlichen Tagesenergieverbrauch von zwei Millionen Amerikanern entspricht. Dies ist zwar nicht unmöglich, aber weder besonders praktikabel noch einfach zu realisieren. Da ein durchschnittliches Space Shuttle zudem 2 Millionen Kilogramm wiegt, müsste der Energieverbrauch entsprechend erhöht werden.
Ein weiterer wichtiger Punkt bei dieser Art von Zeitreisen ist, dass man sich überhaupt irgendwohin bewegt. Theoretisch wäre es zwar möglich, einfach im Weltraum zu kreisen und in der Zukunft zur Erde zurückzukehren, aber nicht, zurückzureisen. Eine Reise in die Zukunft mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ist eine Einbahnstraße.
Geschwindigkeit und Zeit
Theoretisch ist Reisen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit eine Möglichkeit, in die Zukunft zu gelangen. Viele Zeitreisetheorien konzentrieren sich jedoch auf die Rückkehr in die Vergangenheit. Ist das überhaupt möglich? Eine Theorie besagt, dass es möglich wäre, wenn man schneller als das Licht reist, was, wie wir gerade erklärt haben, unmöglich ist. Dies sind jedoch nur theoretische Spekulationen, also lasst uns einfach experimentieren.
Für einen Beobachter auf der Erde würde es so aussehen, als ob Sie mit einem Überlichtschiff starten und zurückkehren würden. Die Menschen auf der Erde sähen, wie das Schiff zurückkehrt, umkehrt und dann genau dort anhält, wo es gestartet ist. Von da an wird die Sache noch komplizierter. Aber all das versetzt Sie nicht tatsächlich in die Vergangenheit zurück. Es stellt lediglich sicher, dass Sie immer hier im Weltraum sind und gleichzeitig rückwärts reisen.
Andere, wie Stephen Hawking, argumentierten, selbst wenn Zeitreisen in die Vergangenheit möglich wären, könnte man niemals in eine Ära vor der Erfindung einer Zeitmaschine reisen. Das ist so, als würde man behaupten, man könne niemals mit der U-Bahn zu einem Ort fahren, an dem es keine U-Bahn-Station gibt.
Zeitreisen unter dem Einfluss der Schwerkraft
Vielleicht haben Sie schon einmal gehört, dass die Zeit langsamer vergeht, wenn man sich einem Schwarzen Loch nähert. Selbst am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs würde die Zeit vollständig stillstehen. Das hat nichts mit Geschwindigkeit zu tun, sondern mit der Gravitation. Es ist die Kehrseite von Einsteins Relativitätstheorie: Je stärker die Gravitation, desto langsamer vergeht die Zeit.
Die Zeit vergeht langsamer in Erdnähe und schneller, je weiter wir uns vom Erdmittelpunkt entfernen. Das ist mit ein Grund, warum Experimente mit Atomuhren funktionieren. Sie werden von der Erdanziehungskraft beeinflusst. Theoretisch könnten wir, wenn wir die gesamte Physik dahinter verstünden und die Technologie hätten, sie zu nutzen, ein Schwarzes Loch als Zeitmaschine verwenden. Während in unserer Zeitmaschine nur Minuten vergehen würden, könnten außerhalb Jahre vergehen. Natürlich muss man aufpassen, nicht hineingezogen zu werden.
Dieser Effekt wird im Film «Interstellar» fiktiv dargestellt, wo sich ein Planet einem Schwarzen Loch nähert und die Zeit dadurch dramatisch verändert wird. In der Realität wird dies wohl nie geschehen, aber theoretisch ist es möglich.
Vorwärts versus rückwärts
Zeitreisen sind also auf verschiedene Weise möglich. Aber Zeitreisen in die Vergangenheit? Das ist eine schwierige Frage. Die Gesetze der Thermodynamik sprechen gegen Zeitreisen in die Vergangenheit, da das Universum nicht in seinen vorherigen Zustand zurückkehren kann. Die Dinge bleiben gleich oder werden mit der Zeit chaotischer; sie werden nicht geordneter, schon gar nicht in dem Zustand, in dem sie sich zuvor befanden.
Zeitreisen eröffnen eine Welt voller schwer zu lösender Paradoxien. Ein Beispiel dafür ist das Großvaterparadoxon. Wenn man in die Vergangenheit reist und seinen eigenen Großvater tötet, wodurch die Geburt eines Elternteils und somit die eigene Geburt verhindert wird, wie könnte man dann überhaupt noch in die Vergangenheit reisen?
Eine Erklärung dafür ist, dass du deinen Großvater offensichtlich nicht getötet hast. Und falls es doch jemand getan hat, hat diese Person für uns nie existiert, und wir erinnern uns daher nicht genug an sie, um zu wissen, dass sie es getan hat. Es ist also kein Paradoxon, sondern einfach die Tatsache, dass du es nie erfahren hättest, weil du nie existiert hast und niemand je genug wusste, um das Gegenteil zu beweisen. Ist das nicht ein kniffliges Rätsel?
Eine andere Theorie, die Forscher als mathematisch fundiert betrachten, besagt, dass sich jedes erzeugte Paradoxon zwangsläufig von selbst auflöst. Im Grunde korrigiert sich die Zeit selbst, egal was passiert.
In der Praxis gehen die meisten Wissenschaftler davon aus, dass Zeitreisen mit herkömmlichen Mitteln schlichtweg unmöglich sind. Es gibt jedoch unkonventionelle Methoden.
Sonderfälle für die Rückreise
Einstein deutet erneut die Möglichkeit von Zeitreisen an. Wurmlöcher – Passagen, die die Raumzeit verzerren und einen Menschen an einen bereits existierenden Ort und zu einer bereits existierenden Zeit transportieren – sind eine theoretische Möglichkeit. Sie ist allerdings hochtheoretisch, da noch nie jemand ein Wurmloch gesehen hat und es keine Beweise für ihre Existenz gibt; die Wissenschaft schließt sie lediglich nicht aus.
Wurmlöcher sind in der Science-Fiction beliebt, weil sie Zeit- und Raumreisen vereinfachen. Die Einstein-Rosen-Brücke klingt zwar theoretisch vielversprechend, doch bisher gibt es kaum Beweise für ihre Existenz in der Realität. Aber der Weltraum ist unermesslich, man weiß nie. Und vor allem: Nicht jeder glaubt, dass Wurmlöcher, selbst wenn sie existieren würden, für Zeitreisen genutzt werden könnten.
Wenn ein Wurmloch in die Vergangenheit reisen könnte, wie würde es funktionieren? Eine Theorie besagt, dass es sich um eine Röhre in der Raumzeit handelt, die ein Schwarzes Loch mit einem Weißen Loch verbindet. Mathematisch gesehen ist ein Weißes Loch plausibel und genau das, was sein Name besagt – das Gegenteil eines Schwarzen Lochs. Während einem Schwarzen Loch nichts entkommen kann, kann in einem Weißen Loch nichts verbleiben. Es strahlt Energie ab, während ein Schwarzes Loch sie ansaugt.
Wenn ein Weißes Loch mit einem Schwarzen Loch verbunden ist, könnte die Zeitdilatation an einem Ende dazu führen, dass der Zeitpunkt des Eintritts und des Austritts erheblich voneinander abweichen. So sehr, dass man das Loch verlassen könnte, bevor man es betreten hat.
Das Hauptproblem hierbei ist, dass man, um durch dieses Wurmloch zu gelangen, den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs überwinden müsste, und das ist technisch unmöglich.
Ein weiterer möglicher Weg in die Vergangenheit sind kosmische Strings. Diese Strings, die einen «eindimensionalen topologischen Defekt» darstellen, der ganz am Anfang der Zeit entstanden ist, könnten geschlossene zeitartige Kurven erzeugen, die es uns theoretisch ermöglichen würden, in die Vergangenheit zu reisen.
Theoretisch entsteht der kosmische String in der Frühzeit des Universums. Als sich Zeit, Raum und alles andere ausdehnten, entstanden winzige Risse oder Falten – im Grunde Unvollkommenheiten – im Gefüge der Realität selbst. Das sind Strings, und theoretisch können sie viel bewirken. Wenn man bis zum Anfang zurückverfolgen und einen solchen String finden kann, kann man ihn nutzen, um jeden beliebigen Zeitpunkt zu erreichen.
Sollten solche Strings existieren, wären sie natürlich extrem instabil. Aufgrund ihrer enormen Dichte und ihrer nahezu unermesslichen Energie würden sie wie Laser alles auf ihrem Weg durchschneiden, einschließlich Zeitreisender und Planeten. Um durch die Zeit zu reisen, müsste man lernen, sich äußerst vorsichtig auf einem solchen String zu bewegen.
Wenn sich zwei Fäden kreuzen, kann die Zeitmaschine durch das Folgen dieser Fäden in die Vergangenheit reisen.
Wie Sie bemerkt haben, taucht das Wort «theoretisch» hier häufig auf. Was in Gleichungen funktioniert, funktioniert nicht immer in der Realität, und wir sind noch weit davon entfernt, all dies in der Praxis testen zu können. Beispielsweise würde die Entdeckung eines Schwarzen Lochs mit unserer heutigen Technologie Jahrhunderte dauern. Und selbst dann müssten wir noch herausfinden, wie wir uns darin bewegen können.
Ist Zeitreisen möglich? Ja. Wir haben es sogar bewiesen, indem wir Gegenstände in die Zukunft bewegt haben. Aber können wir unsere Vorfahren oder die Zukunft besuchen und dann rechtzeitig zum Abendessen zurückkehren? Das erscheint unwahrscheinlich.
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