Stephen Hawking sagt, Zeitreisen könnten eines Tages möglich sein. Hier ist die Vorgehensweise

„Würde man einen Forschungsstipendienantrag auf Zeitreisen stellen, würde man ihn sofort ablehnen“, schreibt der Physiker Stephen Hawking in seinem posthumen Buch Brief Answers to the Big Questions. Er hatte Recht. Aber er hatte auch Recht, dass die Frage, ob Zeitreisen möglich sind, eine „sehr ernste Frage“ ist, die noch wissenschaftlich angegangen werden kann.

Mit dem Argument, dass unser gegenwärtiges Verständnis es nicht ausschließen kann, war Hawking, so scheint es, vorsichtig optimistisch. Also, was bringt uns das? Wir können heute keine Zeitmaschine bauen, aber könnten wir das in Zukunft tun?

Beginnen wir mit unserer täglichen Erfahrung. Wir nehmen die Fähigkeit, unsere Freunde und Familie überall auf der Welt anzurufen, um herauszufinden, was sie gerade vorhaben. Aber das ist etwas, das wir nie wirklich wissen können. Die Signale, die ihre Stimmen und Bilder tragen, reisen unbegreiflich schnell, aber es dauert immer noch eine begrenzte Zeit, bis diese Signale uns erreichen.

Unsere Unfähigkeit, das „Jetzt“ eines weit entfernten Menschen zu erreichen, ist das Herzstück von Albert Einsteins Theorien von Raum und Zeit.

Einstein sagte uns, dass Raum und Zeit Teil einer Sache sind – der Raumzeit – und dass wir genauso bereit sein sollten, über Entfernungen in der Zeit nachzudenken, wie wir Entfernungen im Raum sind. So seltsam das auch klingen mag, wir antworten gerne „etwa zweieinhalb Stunden“, wenn jemand fragt, wie weit Birmingham von London entfernt ist. Was wir meinen, ist, dass die Reise bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 Meilen pro Stunde so lange dauert.

Mathematisch gesehen ist unsere Aussage gleichbedeutend mit der Aussage, dass Birmingham etwa 125 Meilen von London entfernt ist. Wie die Physiker Brian Cox und Jeff Forshaw in ihrem Buch Why does E=mc²? schreiben, können Zeit und Entfernung „mit etwas vertauscht werden, das die Währung einer Geschwindigkeit hat“. Einsteins intellektueller Sprung war die Annahme, dass der Wechselkurs von einer Zeit zur einer Entfernung in der Raumzeit universell ist – und es ist die Lichtgeschwindigkeit.

Die Lichtgeschwindigkeit ist die schnellste, die jedes Signal erreichen kann, und setzt eine grundlegende Grenze, wie schnell wir wissen können, was anderswo im Universum vor sich geht. Das gibt uns „Kausalität“ – das Gesetz, dass Wirkungen immer nach ihren Ursachen kommen müssen. Es ist ein ernsthafter theoretischer Dorn in der Seite der zeitreisenden Protagonisten. Für mich, in der Zeit zurück zu reisen und Ereignisse in Gang zu setzen, die meine Geburt verhindern, bedeutet, die Wirkung (mich) vor die Ursache (meine Geburt) zu stellen.

Wenn die Lichtgeschwindigkeit nun universell ist (im Vakuum des leeren Raumes), müssen wir sie auf die gleiche Höhe messen – 299.792.458 Meter pro Sekunde (983571056 Fuß pro Sekunde) – egal wie schnell wir uns selbst bewegen. Einstein erkannte, dass die Folge der absoluten Lichtgeschwindigkeit ist, dass Raum und Zeit selbst nicht sein können. Und es stellt sich heraus, dass bewegliche Uhren langsamer ticken müssen als stationäre.

Wenn ich mit unglaublicher Geschwindigkeit in einem Raumschiff abfliegen und zur Erde zurückkehren würde, würde weniger Zeit für mich vergehen als für alle, die ich zurückgelassen habe. Jeder, zu dem ich zurückkehrte, würde zu dem Schluss kommen, dass mein Leben wie in Zeitlupe gelaufen war – ich wäre langsamer gealtert als sie – und ich würde zu dem Schluss kommen, dass ihr Leben wie im Schnelldurchlauf gelaufen war.

Was wäre also, wenn wir schneller als Licht reisen würden, würde die Zeit rückwärts laufen, wie es uns die Science-Fiction gelehrt hat?

Leider braucht es unendliche Energie, um einen Menschen auf die Lichtgeschwindigkeit zu bringen, geschweige denn darüber hinaus. Aber selbst wenn wir könnten, würde die Zeit nicht einfach rückwärts laufen. Stattdessen wäre es nicht mehr sinnvoll, über Vorwärts und Rückwärts zu sprechen. Das Gesetz der Kausalität würde verletzt und der Begriff von Ursache und Wirkung würde seine Bedeutung verlieren.

Einstein sagte uns auch, dass die Schwerkraft eine Folge der Art und Weise ist, wie die Masse Raum und Zeit verzerrt. Je mehr Masse wir in eine Region des Raumes drücken, desto mehr Raumzeit wird verzerrt und desto langsamer ticken die Uhren in der Nähe. Wenn wir genügend Masse eindrücken, verformt sich die Raumzeit so stark, dass auch das Licht seiner Anziehungskraft nicht entkommen kann und ein Schwarzes Loch entsteht. Und wenn Sie sich dem Rand des Schwarzen Lochs – seinem Ereignishorizont – nähern würden, würde Ihre Uhr unendlich langsam ticken, im Verhältnis zu den weit davon entfernten.

Könnten wir also die Raumzeit auf genau die richtige Weise verzerren, um sie wieder an sich selbst zu binden und in der Zeit zurückzureisen?

Die Antwort ist vielleicht, und die Verzerrung, die wir brauchen, ist ein durchquerbares Wurmloch. Aber wir müssen auch Regionen mit negativer Energiedichte produzieren, um sie zu stabilisieren, und die klassische Physik des 19. Jahrhunderts verhindert dies. Die moderne Theorie der Quantenmechanik könnte das jedoch nicht.

Nach der Quantenmechanik ist der leere Raum nicht leer. Stattdessen ist es mit Paaren von Teilchen gefüllt, die in und aus der Existenz auftauchen. Wenn wir eine Region schaffen, in der weniger Paare ein- und aussteigen dürfen als überall sonst, dann wird diese Region eine negative Energiedichte aufweisen.

Die Suche nach einer konsistenten Theorie, die Quantenmechanik mit Einsteins Gravitationstheorie kombiniert, bleibt jedoch eine der größten Herausforderungen der theoretischen Physik. Ein Kandidat, die Stringtheorie (genauer gesagt die M-Theorie), kann eine andere Möglichkeit bieten.

Die M-Theorie verlangt, dass die Raumzeit 11 Dimensionen hat: die von Zeit und drei von Raum, in dem wir uns bewegen, und sieben weitere, die unsichtbar klein aufgerollt sind. Könnten wir diese zusätzlichen räumlichen Dimensionen nutzen, um Raum und Zeit zu verkürzen? Hawking, zumindest war es hoffnungsvoll.

Ist Zeitreisen also wirklich eine Möglichkeit? Unser heutiges Verständnis kann es nicht ausschließen, aber die Antwort ist wahrscheinlich nein.

Einsteins Theorien können die Struktur der Raumzeit auf unglaublich kleinem Raum nicht beschreiben. Und während die Naturgesetze oft völlig im Widerspruch zu unserer alltäglichen Erfahrung stehen, sind sie immer selbstbeständig und lassen wenig Raum für die Paradoxien, die es gibt, wenn wir uns mit Ursache und Wirkung in Science Fiction’s Zeitreisen beschäftigen.

Trotz seines spielerischen Optimismus erkannte Hawking, dass die unentdeckten Gesetze der Physik, die eines Tages Einsteins Gesetze ersetzen werden, sich verschwören könnten, um zu verhindern, dass große Objekte wie Sie und ich im Laufe der Zeit beiläufig (nicht kausal) hin und her springen. Wir nennen dieses Erbe seine „Chronologie-Schutzvermutung“.

Ob die Zukunft nun Zeitmaschinen auf Lager hat oder nicht, wir können uns mit dem Wissen trösten, dass wir, wenn wir einen Berg besteigen oder in unseren Autos mitfahren, ändern, wie die Zeit tickt.

Also, dieses „Vortäuschen, ein Zeitreisetag zu sein“ (8. Dezember), denken Sie daran, dass Sie es bereits sind, nur nicht so, wie Sie es sich wünschen.

Peter Millington ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Particle Cosmology Group an der University of Nottingham’s School of Physics and Astronomy. Die in diesem Artikel geäußerten Meinungen sind die eigenen des Autors.

Dieser Artikel wurde aus The Conversation unter einer Creative Commons Lizenz veröffentlicht. Den Originalartikel lesen.

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