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Sind Zeitreisen möglich?

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Nach Isaac Newtons Vorstellung verlief die Zeit überall gleichmässig. Sie verging nie schneller oder langsamer. Doch in seiner 1905 veröffentlichten speziellen Relativitätstheorie warf der Physiker Albert Einstein unsere bis dahin geltende Vorstellung von Zeit und Raum einfach mal so über den Haufen. Für Einstein war die Zeit relativ. Und plötzlich schienen Dinge möglich, die man bislang nur aus Science Fiction Romanen kannte: Reisen in die Zukunft.

Viele Menschen sind sich gar nicht bewusst, das Zeitreisen bereits stattgefunden haben: als der russische Kosmonaut Sergei Konstantinowitsch Krikaljow 803 Tage im Weltraum verbrachte und mit 27.000 km/h die Erde umkreiste, war er bei seiner Rückkehr auf die Erde eine 48stel Sekunde in die Zukunft gereist. Insgesamt ist der Kosmonaut dadurch also eine 48stel Sekunde weniger gealtert, als seine am Boden gebliebenen Mitmenschen. Wie das? Wie Einstein bewies, vergeht die Zeit für Objekte in Ruhe schneller, als für solche, die sich relativ dazu in Bewegung befinden.

Zeit ist relativ

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Zurück in die Zukunft?

Noch grössere Geschwindigkeiten und Entfernungen machen diesen Effekt noch offensichtlicher. Würde ein Astronaut die Erde verlassen und mit einer Geschwindigkeit von 99.995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zum 520 Lichtjahre entfernten Stern Beteigeuze fliegen – und genauso schnell auch wieder zurück – wären aus seiner Sicht gerade einmal zehn Jahre vergangen. Auf der Erde hingegen wären inzwischen mehr als 1000 Jahre vergangen!

Zeit ist also für jedes Objekt relativ.

Es ist also theoretisch möglich, in die Zukunft zu springen – ob nur für Sekundenbruchteile oder gar für Jahrhunderte. In die Vergangenheit zu reisen, ist dagegen erheblich schwieriger. Nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie war es sogar unmöglich – bis der Physiker ein Jahrzehnt später seine allgemeine Relativitätstheorie präsentierte. Die wiederum hob dieses Verbot auf. Zumindest in der Theorie. Eine praktische Reise rückwärts durch die Zeit ist allerdings ein bisher ungelöstes Problem, da die allemeine Relativitätstheorie viele verschiedene Lösungen besitzt. Sie entsprechen jeweils Universen mit unterschiedlichen Eigenschaften, und nur einige erlauben solche Reisen.

Ob irgendeine dieser Lösungen wirklich unser eigenes Universum beschreibt, ist eine bislang offene Frage. Und sie wirft zudem weitere grundlegende Rätsel auf. Wie sehr müsste man an den Rädchen und Grundlagen der Physik drehen, damit Reisen in die Vergangenheit möglich sind? Oder sind sie gar gegen „die Ordnung der Natur“, die Reisen gegen den Strom der Zeit, also in die Vergangenheit, auf irgendeine Weise verhindern will – selbst wenn sie laut Einsteins Gleichungen erlaubt sind?

Nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie ist die Zeit verformbar. Einstein analysierte, das jedwedes physikalische Gesetz für alle Beobachter im Universum stets gleich sein müsse. Und das unabhängig von ihrem Bewegungszustand. Dann müsste die Geschwindigkeit des Lichts aber ebenfalls für alle eine unveränderliche Grösse sein – wo und wie auch immer man sie bestimmt.

Damit diese Annahme (die Lichtgeschwindigkeit bleibt stets gleich) aber stimmt, musste Einstein zwei tief in unseren Alltag verwurzelte Vorstellungen über Bord werfen. Nämlich die, das Zeit und Raum objektive Grössen sind. Dann dürften nämlich unterschiedliche Beobachter bei der Messung von Längen und auch Zeitintervallen zu verschiedenen Ergebnissen kommen. Eine Uhr, die an einem vorbeisaust, würde also langsamer ticken, als eine, die sich in Ruhe befindet. Ebenso wäre die Länge eines vorbeifliegenden Lineals kürzer, als das eines Lineals, das stillhält. Wenn der Beobachter aber mit der Uhr oder dem Lineal mitfliegt, also die selbe Geschwindigkeit hat, tickt die Uhr für ihn wieder normal schnell und das Lineal hat wieder seine normale Länge.

Und das ist keine blosse Theorie – es ist ein nachgewiesener, alltäglicher Effekt! Unter gewöhnlichen Verhältnissen sind diese Verzerrungseffekte von Zeit und Raum vernachlässigbar klein. Deshalb fiel es Generationen von Menschen und Physikern ja nicht einmal auf. Aber sobald sich etwas mit einem beträchtlichen Teil der Lichtgeschwindigkeit bewegt, sind diese Verzerrungen nicht länger zu übersehen. Das wurde mittlerweile durch viele Experimente hundert-, ja tausendfach bestätigt. Ein Beispiel: die Lebensdauer des Myons (ein unstabiles Teilchen, das nur wenige Augenblicke existiert) ist erheblich grösser, wenn es sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Für das Teilchen selbst ist seine Lebensdauer immer gleich lang, aber für uns Beobachter wird seine Lebensdauer immer länger, je schneller es sich bewegt. Das ist die Relativität der Zeit.

Man kann es sich so vorstellen, das jedes Objekt sich in einem eigenen Raum / Zeit – Koordinatensystem bewegt. Inerhalb dieses Koordinatensystems vergeht die Zeit gefühlt immer gleich schnell, aber zwischen verschiedenen Koordinatensystemen verschiedener Objekte, die sich alle mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen, ist die Zeit untereinander relativ.

Reisen in die Vergangenheit

Wir haben also gesehen, das man durchaus in die Zukunft reisen kann. Und das dadurch, das für ein Objekt die Zeit einfach langsamer vergeht, während die Zeit um dieses Objekt herum (bzw. für andere Objekte) eben langsamer vergeht. Tritt dann das schnellere Objekt wieder in das Raum- / Zeit – Koordinatensytem des langsameren Objekts ein, ist es quasi in die Zukunft gereist.

In Gödels Kosmos kann ein Astronaut immer geradeaus fliegen und so wieder zu seinem Ursprungsort zurückkehren – aber zu einem Zeitpunkt in der Vergangenheit.

Aber lässt sich die Richtung auch umkehren? Kann man auch in die Vergangenheit reisen? Das scheint um einiges schwieriger, denn die Zeit hat eine feste, von der Natur vorgegebene Richtung. Man spricht hier auch vom „Zeitpfeil“ oder der „Kausalität“.

Kausalität bedeutet, das ein Geschehnis wiederum der Auslöser für ein anderes ist, quasi eine endlose Kette mit fester Reihenfolge. Dinge geschehen – und sind sie einmal geschehen, kann man sie eigentlich nicht mehr rückgängig machen, denn das würde dann schliesslich auch alle Geschehnisse betreffen, die durch dieses eine ebenfalls ausgelöst wurden – und jene, die wiederum davon ausgelöst wurden und so weiter…

Der berühmte österreichische Mathematiker und Logiker Kurt Gödel war der Erste, der mit Hilfe der allgemeinen Relativitätstheorie ein Universum entwarf, in dem Reisen in die Vergangenheit möglich sind. Sein theoretische Modell präsentierte er seinem engen Freund Einstein als Geschenk zu dessen 70. Geburtstag. Es hat zwei besondere Eigenschaften: Einerseits rotiert es. Das verhindert, das es durch die Schwerkraft der darin enthaltenen Materie in sich kollabiert.

Einstein wünschte sich nämlich von jedem kosmologischen Modell eine solche Stabilität. Zum anderen erlaubt es Reisen in die Vergangenheit, was bei dem Beschenkten wiederum ein tiefes Unbehagen auslöste. In Gödels Kosmos kann ein Astronaut immer geradeaus fliegen und so wieder zu seinem Ursprungsort zurückkehren – aber zu einem Zeitpunkt in der Vergangenheit. Solche Bahnen nennen Physiker „geschlossene zeitartige Kurven“.

Auf der nächsten Seite: was sind „geschlossene zeitartige Kurven“?

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