Unsere Welt zu verstehen:  Physiker Möglichkeit

 

 
Was Physiker heute (2011) insgesamt über die Möglichkeit von Zeitreisen zu sagen wissen

— hmsgnr087z

 
 
Anlässlich von Einsteins 70-ten Geburtstag machte Kurt Gödel (berühmter Logiker, enger Freund Einsteins) eine Entdeckung, die eigentlich wie eine Bombe hätte einschlagen müssen:
 
Gödel fand Lösungen von Einsteins Feldgleichungen, die zeigen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie auch Welten zulässt, in denen die Zeitdimension zu einer geschlossenen Kurve gekrümmt ist, so dass, wenn Bewohner solcher Welten hinreichend lange leben, sie schließlich wieder den Zeitpunkt ihrer Geburt erreichen.
 
Das hypothetische Universum, welches durch Gödels Gleichungen beschrieben wurde, ist

• weder statisch (wie Einsteins instabile Lösung mit Hilfe seiner kosmologischen Konstante),
   
• noch expandierend (wie unser Universum)

Es ist stattdessen ein  r o t i e r e n d e s  Universum:
 
Rotation eines Universums führt dazu, dass sich Raum und Zeit vermischen: Je weiter man sich in einem solchen Universum vom Zentrum seiner Rotation entfernt, desto mehr ist der Doppelkegel gedreht, der dem Beobachter prinzipiell einsehbare Vergangenheit und Zukunft von den für ihn prinzipiell unerreichbaren Regionen der Raumzeit trennt. Ab einer bestimmten Entfernung von Zentrum der Rotation kann der Beobachter dann auf einer in zeitlicher Hinsicht geschlossener Kurve durch die Raumzeit reisen und so in seiner eigenen Vergangenheit ankommen.
 
Ob diese Lösungen von Einsteins Feldgleichungen aber tatsächlich existierende Welten beschreiben, ist eine noch völlig offene Frage.
 
Noch offen ist bisher insbesondere, ob es physikalische Gesetze gibt, die ein Reisen in die eigene Vergangenheit unmöglich machen.
 
Gödels Ergebnis könnte bedeuten, dass es die Zeit in Wirklichkeit gar nicht gibt.
 
 
Auf jeden Fall haben die Physiker Gödels Ergebnis zunächst überhaupt nicht beachtet, und tatsächlich spricht bislang nichts dafür, dass unsere Universum ein rotierendes sei.
 
Es dauerte fast 25 Jahre, bis das Thema Zeitreisen wieder Gegenstand wissenschaftliches Interesses wurde: Diesmal durch eine Arbeit, die Frank J. Tipler als Doktorand an der University of Maryland verfasste: Er studierte die Raumzeit um rotierende Zylinder herum, die erstmals 1936 von Jacob von Stockum berechnet worden war.
 
Tiplers Arbeit endete mit dem Satz
 
Kurz gesagt: Die Allgemeine Relativitätstheorie legt nahe,
 
dass man durch die Konstruktion eines hinreichend großen rotierenden Zylinders eine Zeitmaschine erschafft.

— hmsgnr035z

 
 
Wieder hätte man erwarten können, dass so ein Ergebnis die Gemeinschaft der Physiker in hellen Aufruhr versetzt. Dies aber war nicht der Fall. Bis 1985 ist Tiplers Arbeit nur ganze 3 Mal zitiert worden. Dann aber kam ein erster Durchbruch:
 
Kip Thorne — ein Professor für Physik am Caltech — war von Carl Sagan — einem Astronomen und Science-Fiction-Autor — gebeten worden, eine von Sagan geschriebene phantasievolle Geschichte, bei der es um Reisen durch den sog. Hyperraum ging, dahingehend zu prüfen, ob Sagon darin irgend etwas sage, das bekannten Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie widerspreche.
 
Bei dieser Gelegenheit erkannte Thorne, dass sog. Wurmlöcher — deren Existenz Einsteins Theorie voraussagt — abkürzende Wege durch die Raumzeit beschreiben mit dem Effekt, dass wer ein Wurmloch durchquert, von seinem Eingang zu seinem Ausgang weit schneller gelangt als Licht, das den üblichen Weg — einer Geodäte entlang — durch die Raumzeit nimmt. Der Grund hierfür: Im Wurmloch selbst, das man sich als eine Art Schlauch vorzustellen hat, ist der Raum so stark gestaucht, dass Anfang und Ende dieses "Schlauches" nur einen Katzensprung weit voneinander entfernt erscheinen.
 
Wie Kip Thorne und zwei seiner Studenten (Mike Morris und Ulvi Yurtsever) dann errechnet — und in der Fachzeitschrift Physical Reviews Letters auch publiziert — haben, ergibt sich daraus ein enfaches Rezept für eine Zeitreise: Der Reisende würde am Ziel ankommen, noch bevor er — aus wessen Sicht? — abgereist ist.
 
 
Vier Jahre später veröffentlichte auch Steven Hawking Überlegungen zu Zeitreisen mit Hilfe von Wurmlöchern. In einem Aufsatz mit dem Titel » Die Chronologie-Schutz-Vermutung « (veröffentlicht 1992 in der Fachzeitschrift Physical Review D « erklärte er: Es scheint, als ob es eine Chronologie-Schutz-Kommission gibt, die die Existenz geschlossener zeitartiger Kurven verbietet und so das Universum zu einem sicheren Platz für Historiker macht. [Es war dies eine Anspielung auf die sog. Timekeepers der Comics-Serie Marvel, die dort ebenfalls über die Zeit wachen und um sicherzustellen, dass das Universum gedeiht.]
 
Hawking also denkt, es müsse da etwas sein, das Reisen in die eigene Vergangenheit unmöglich macht.
 
Und es gibt tatsächlich wenigsten zwei Gründe für diese Vermutung:

• Berechnet man nämlich, was für Materieverteilungen notwendig sind, die Geometrie eines Wurmloches zu erzeugen, so erkennt man: Jede solche Materievertelung muss negative Energie haben. Solche Raumzeitzustände aber sind instabil, wie 2005 Stepen Hsu und Roman Buniy zeigen konnten.
   
• Ein zweites Argument hat Hawking selbst ausgearbeitet: Selbst wenn das Problem mit der negativen Energie nicht existieren würde, könnten Teilchen mit einer solchen Zeitmaschine in der Zeit wiederholt zurückreisen, so dass sich ihre Zahl explosionartig bis ins Unendliche hinein steigen würde, was dann zu einem Kollaps der Raumzeit führen würde (so jedenfalls zeigen Rechnungen für klassische Teilchen; ob genauere quantenphysikalische Rechnung dieses Ergebnis bestätigen, ist bislang nicht bekannt: Sie durchzuführen ist wohl allzu schwierig).

Wie dem auch sei:
 
Es sieht schlecht aus für Reisen in die Vergangenheit.
 
Viel spricht dafür, dass die Zeit nicht Teil der Wirklichkeit, sondern nur ein von den Möglichkeiten des Beobachtens geprägter Eindruck des Beobachters ist.
 
Diese Möglichkeiten sind unvollkommen ( da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist ).
 
 
 
Quelle der Fakten: Heinrich Päs: Die perfekte Welle — Mit Neutrinos an die Grenzen von Raum und Zeit, Piper 2011, Kapitel 14: Wie baut man eine Zeitmaschine?
 
Päs — Professor für Theoretische Physik an der TU Dortmund — forscht über Neutrinos und Theorien jenseits des Standardmodells.