Was ist mit Zeitreisen?

Und ich meine keine Zeitreise auf die langweilige Art, bei der wir Sekunde für Sekunde in die Zukunft kriechen... Wie wäre es, wenn Sie nach Belieben durch die Zeit vor- und zurückreisen könnten und mit einem Knopfdruck an Ihrem verbesserten DeLorean vorwärts in die Zukunft oder rückwärts in die Geschichte reisen könnten, wie in dem Film Zurück in die Zukunft?

Zeitreisen sind seit mindestens 125 Jahren ein heiß diskutiertes Thema. Es war H.G. Wells, der 1895 seinen bahnbrechenden Roman Die Zeitmaschine schrieb, und Physiker und Philosophen haben seitdem viele ernsthafte Studien zu dieser Idee durchgeführt.

Der eigentliche Anstoß für die Erforschung der Möglichkeit von Zeitreisen war jedoch eine Idee, die Ende des 19. Jahrhunderts aufkam: dass die Zeit als eine Dimension betrachtet werden könnte, genau wie der Raum. Wenn wir also ohne Schwierigkeiten durch den Raum reisen können, warum nicht auch durch die Zeit?

Ende des 19. Jahrhunderts betrachteten die Wissenschaftler die Zeit als eine Dimension wie den Raum, in der Reisende überall hingehen können.

"Im Weltraum kann man hingehen, wohin man will, also könnte man das vielleicht auch in der Zeit tun", sagt Nikk Effingham, Philosoph an der Universität von Birmingham in Großbritannien. "So gesehen ist der Schritt zur Zeitmaschine gar nicht so groß."

Konkurrierende Theorien

Wells war ein Schriftsteller, kein Physiker, aber die Physik sollte nicht auf der Strecke bleiben. Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein die ersten Arbeiten zu seiner speziellen Relativitätstheorie. Darin stellte er fest, dass Raum und Zeit elastisch sind; Messungen von Zeit und Raum hängen von der relativen Geschwindigkeit derjenigen ab, die die Messung vornehmen.

Einige Jahre später zeigte der deutsche Mathematiker Hermann Minkowski, dass nach Einsteins Theorie Raum und Zeit als zwei Dimensionen einer einzigen vierdimensionalen Einheit, der "Raumzeit", betrachtet werden können. 1915 präsentierte Einstein den zweiten Teil seiner Hypothese, die allgemeine Relativitätstheorie. Darin wurde die Schwerkraft nicht mehr als eine Kraft, sondern als eine Krümmung oder Verformung der Raumzeit betrachtet.

Was Zeitreisen betrifft, so hat die spezielle Relativitätstheorie ausgereicht, um die Idee zu beflügeln. Diese Theorie machte deutlich, "dass die Zeit dem Raum viel ähnlicher ist, als wir bisher dachten", sagt Clifford Johnson, Physiker an der University of Southern California. "Vielleicht können wir also alles, was wir mit dem Raum machen, auch mit der Zeit machen."

Nun, fast alles. Die spezielle Relativitätstheorie erlaubt es uns nicht, in der Zeit rückwärts zu reisen, aber sie erlaubt es uns, vorwärts zu reisen, und zwar auf kontrollierte Weise. Auf der Grundlage der speziellen Relativitätstheorie können Zwillinge sogar zwei unterschiedliche Lebensalter haben, was als "Zwillingsparadoxon" bezeichnet wird.

Angenommen, Sie reisen in Ihrem Raumschiff mit sehr hoher Geschwindigkeit (nahe der Lichtgeschwindigkeit) zum Sternensystem Alpha Centauri, während Ihre Zwillingsschwester auf der Erde zurückbleibt. Als Sie zurückkehren, stellen Sie fest, dass Sie viel jünger sind als Ihre Schwester. Das klingt gelinde gesagt bizarr, aber nach mehr als einem Jahrhundert theoretischer Forschung ist es wahr.

"Auf der Grundlage der speziellen Relativitätstheorie ist es absolut nachweisbar, dass der Astronaut, der eine solche Reise unternimmt, viel jünger sein wird als seine Zwillingsschwester, vorausgesetzt, er reist mit nahezu Lichtgeschwindigkeit", sagt Janna Levin, Physikerin am Barnard College in New York. Interessanterweise scheint die Zeit für beide Zwillinge auf die gleiche Weise zu vergehen; nur wenn sie sich wiedersehen, scheinen sie unterschiedlich alt zu sein.

Vielleicht waren beide Personen in ihren Zwanzigern, als die Reise begann. Wenn Sie zurückkehren, sind Sie nur ein paar Jahre älter als bei Ihrer Abreise, während Ihre Zwillingsschwester vielleicht schon Großmutter ist. "Als Astronaut erlebe ich das Verstreichen der Zeit als völlig normal. Meine Uhren ticken ganz normal, ich altere ganz normal, und die Filme, die ich mir ansehe, werden in der normalen Geschwindigkeit gezeigt", sagt Levin. "Ich bin nicht weiter in der Zukunft als sonst. Aber ich bin weiter in die Zukunft meiner Zwillingsschwester gereist."

Im Bereich der allgemeinen Relativitätstheorie werden die Dinge sogar noch interessanter. Nach dieser Theorie wird ein sehr schweres Objekt die Raumzeit verformen und krümmen. Sie haben sicher schon Abbildungen oder Videos gesehen, die diesen Effekt mit einem Ball auf einer straff gespannten Gummiplatte zeigen, die durch das Gewicht des Balls verformt wird. So wie die Reise mit annähernd Lichtgeschwindigkeit das Vergehen der Zeit beeinflusst, wird auch die Nähe eines sehr schweren Objekts (z. B. eines schwarzen Lochs) die Erfahrung des Vergehens der Zeit beeinflussen. (Auf diesem Phänomen basiert auch die Handlung des Films Interstellar (2014), in dem der von Matthew McConaughey gespielte Charakter einige Zeit in der Nähe eines Schwarzen Lochs verbringt und bei seiner Rückkehr feststellt, dass seine junge Tochter zu einer alten Frau geworden ist).

Um das "Großvater-Paradoxon" zu umgehen, stellen einige Wissenschaftler die Theorie auf, dass es mehrere Zeitlinien geben könnte.

Aber schwarze Löcher sind nur der Anfang. Die Physiker haben auch über die Folgen einer noch exotischeren Struktur nachgedacht, die als Wurmloch bezeichnet wird. Wenn sie existieren, könnten Wurmlöcher eine direkte Verbindung zwischen zwei verschiedenen Orten in der Raumzeit herstellen. Ein Astronaut, der im Jahr 3000 in ein Wurmloch in der Galaxie Andromeda eintritt, könnte im Jahr 2000 in unserer eigenen Galaxie wieder herauskommen. Aber es gibt ein Problem: Obwohl wir inzwischen überwältigende Beweise für die Existenz von schwarzen Löchern haben (Astronomen haben sogar schon eines fotografiert), beruhen Wurmlöcher auf reiner Spekulation.

"Man kann sich vorstellen, eine Brücke zwischen zwei verschiedenen Regionen der Raumzeit zu bauen", sagt Levin, "aber dazu bräuchte man eine Menge Energie und Masse, die in der Realität nicht existiert, so etwas wie Anti-Energie." Sie sagt, es sei "mathematisch denkbar", dass Strukturen wie Wurmlöcher existieren, aber vielleicht sind sie nicht Teil der physikalischen Realität.

Außerdem stellt sich die beunruhigende Frage, was mit unserer Vorstellung von Ursache und Wirkung geschieht, wenn wir in der Zeit zurückreisen würden. Das bekannteste dieser Dilemmata ist das so genannte "Großvater-Paradoxon". Nehmen wir an, Sie reisen in die Zeit zurück, als Ihr Großvater ein junger Mann war. Du tötest ihn (vielleicht aus Versehen...), was bedeutet, dass dein Vater oder deine Mutter und damit auch du selbst nie geboren werden. Das bedeutet, dass Sie nie in der Zeit zurückreisen werden, um Ihren Großvater zu töten.

Mehrere Zeitlinien?

Im Laufe der Jahre haben Physiker und Philosophen verschiedene Lösungen für das Großvater-Paradoxon gefunden. Eine Möglichkeit ist, dass das Paradoxon einfach zeigt, dass Zeitreisen unmöglich sind, d. h. dass die Naturgesetze uns irgendwie daran hindern, in die Vergangenheit zu reisen. Dies war auch die Ansicht des verstorbenen Physikers Stephen Hawking, der diesem Gesetz den Namen "Chronologieerhaltungs-Vermutung" gab.

Aber es gibt noch andere, faszinierende Möglichkeiten. Vielleicht ist es möglich, in der Zeit zurückzureisen, aber Zeitreisende können die Vergangenheit nicht ändern, egal wie sehr sie es versuchen. Effingham, dessen Buch Time Travel: Probability and Impossibility (Zeitreisen: Wahrscheinlichkeit und Unmöglichkeit)vor einiger Zeit veröffentlicht wurde, formuliert es so: "Sie könnten die falsche Person erschießen oder Ihre Meinung ändern. Du könntest jemanden erschießen, von dem du annimmst, dass er dein Großvater ist, und dann herausfinden, dass deine Großmutter eine Affäre mit dem Milchmann hatte und dieser Mann dein Großvater ist, was du nicht wusstest."

Das bedeutet auch, dass die viel diskutierte Fantasie, in der Hitler vor dem Ausbruch des Zweiten Weltkriegs getötet wird, keinen Sinn macht. "Das ist unmöglich, weil es nie passiert ist", sagt Fabio Costa, ein theoretischer Physiker an der Universität von Queensland in Brisbane, Australien. "Das ist nicht einmal eine Frage. Wir wissen, wie sich die Geschichte entwickelt hat. Das kann man nicht rückgängig machen."

Wenn man die Vergangenheit nicht ändern kann, ist es unwahrscheinlich, dass ein Zeitreisender überhaupt etwas tun kann, so Effingham. Die Vorstellung, dass Sie in einer Zeit existieren, in der Sie nie existiert haben, ist also ein Widerspruch. "Dem Universum ist es egal, ob man Hitler töten oder ein Atom von Position A nach Position B bewegen will", sagt Effingham.

Aber nicht alle Möglichkeiten sind ausgeschaltet. Die Szenarien, über die Effingham und Costa spekulieren, basieren auf einem einzigen Universum und einer einzigen Zeitlinie. Einige Physiker stellen sich jedoch vor, dass unser Universum nur eines von vielen Universen ist. In diesem Fall könnten Zeitreisende, die die Vergangenheit besuchen, tun und lassen, was sie wollen, was ein neues Licht auf das Großvaterparadoxon werfen würde.

(Nach Ansicht einiger Wissenschaftler könnte der Urknall eine große Anzahl von Universen hervorgebracht haben).

"Vielleicht haben Sie sich irgendwie entschlossen, in die Vergangenheit zu reisen, um dieses Verbrechen [den Mord an Ihrem Großvater] zu begehen, woraufhin sich die Realität in zwei verschiedene Realitäten 'verzweigt'", sagt Levin. Das Ergebnis wäre, dass man "seine Vergangenheit nicht wirklich ändert, auch wenn es den Anschein hat, dass man es tut; man erschafft nur eine neue Geschichte". (Diese Idee von mehreren parallelen Zeitlinien liegt auch der Filmtrilogie Zurück in die Zukunft zugrunde. Der Film 12 Monkeys, in dem die von Bruce Willis gespielte Figur mehrmals durch die Zeit reist, stützt sich dagegen auf eine einzige Zeitlinie.)

Zu erledigende Arbeit

Worüber sich alle einig zu sein scheinen, ist die Tatsache, dass niemand in absehbarer Zeit damit beginnen wird, eine DeLorean-ähnliche Zeitmaschine zu bauen oder ein Wurmloch zu konstruieren. Stattdessen konzentrieren sich die Physiker darauf, die von Einstein vor einem Jahrhundert begonnene Arbeit zu vollenden.

Nach mehr als hundert Jahren ist es niemandem gelungen, die großen Widersprüche zwischen seiner allgemeinen Relativitätstheorie und der anderen Säule der Physik des 20. Jahrhunderts, der Quantenmechanik, zu lösen. Einige Physiker sind der Ansicht, dass die Grundprinzipien der Zeit erst dann besser verstanden werden können, wenn auf der Grundlage der Quantengravitation endlich eine "Vereinheitlichungstheorie" (eine "Theorie von allem") entwickelt worden ist. In jedem Fall, so Levin, sieht es so aus, als ob "wir weit über die allgemeine Relativitätstheorie hinaus denken müssen, um das Phänomen der Zeit zu verstehen".

In der Zwischenzeit sollte es nicht überraschen, dass wir wie H.G. Wells weiterhin von der Freiheit träumen, die wir hätten, wenn wir so einfach durch die Zeit reisen könnten wie durch den Raum. "Die Zeit ist in alles eingebettet, was wir tun", sagt Johnson. "Sie dominiert unsere Sicht der Realität. Wenn man also mit der Zeit spielen könnte... Es überrascht mich nicht, dass wir davon so fasziniert sind und darüber phantasieren."