Gestern, Heute, Morgen...Zeitreisen

Teil 1, 2
Time Trek | Paradoxien | Einstein | Zukunft | Vergangenheit

Der Wächter der Ewigkeit

Zeitreisen gehören zu Science Fiction wie die Sterne zur Milchstraße. Auch in zahlreichen Episoden von Star Trek wurde dieses faszinierende Thema immer wieder aufgegriffen.

Den Anfang machte die Classic-Episode "Implosion in der Spirale" Wenig später folgte dann die zu den besten Episoden zählende Folge " Ein Griff in die Geschichte". Zur Erinnerung: Pille gelangt mit Hilfe des "Wächters der Ewigkeit" in die USA zur Zeit des 2. Weltkrieges und verändert die Zeitlinie - natürlich mit katastrophalen Folgen. Der Krieg wird von den Nazis gewonnen. Kirk und Spock gehen ebenfalls durch das Portal, um die Zeitlinie wieder zu korrigieren.

Edith Kheeler

Sie stellen fest, dass Edith Keeler, eine einflußreiche Pazifistin, an allem schuld ist. Dadurch, dass Edith in der entstandenen Zeitlinie nicht wie in der ursprünglichen Zeit durch einen Unfall ums Leben kommt, kann sie den Eintritt der USA in den 2.Weltkrieg verhindern. Zu allem Überfluss hat sich Kirk bereits in Edith verliebt. In der entscheidenden Szene läßt er dennoch nicht nur den Unfall geschehen, sondern hält sogar "Pille" zurück, der Edith zu Hilfe eilen will.

In allen anderen Star Trek-Serien griffen die Autoren ebenfalls immer wieder auf Zeitreisen zurück. An herausragenden Episoden wären u.a. zu nennen: "Immer die Last mit den Tribbles" (DS9) und "Vor dem Ende der Zukunft" (Voyager)

Kirk und Spock in "Zurück in die Gegenwart"

Auch zwei der erfolgreichsten Star Trek-Filme nahmen sich des Themas "Zeitreise" an, auf eher humoristische lockere Weise in Star Trek IV "Zurück in die Gegenwart", sehr düster und dramatisch dagegen in Star Trek VIII "Der erste Kontakt".

Der doppelte Picard - von Fehlern und Paradoxien

Die Enterprise folgt den Borg durch den Zeitstrudel in Star Trek VIII

Allen diesen Episoden und Filmen gemeinsam ist, dass die Manipulation der Zeitlinien in ihnen eine entscheidende Rolle spielt. Auf dieser fantastischen Möglichkeit beruht wohl auch die große Anziehungskraft, die von Zeitreisen ausgeht. Wer möchte nicht vergangene Fehler wieder gut machen können? Mit Zeitreisen wäre das kein Problem! Beispielsweise korrigiert die Crew um Captain Kirk in "Zurück in die Gegenwart" den Fehler der Ausrottung der Buckelwale, indem sie kurzerhand ein Walpaar aus der Vergangenheit in die Zukunft befördert.

Allerdings führt gerade die Möglichkeit der Veränderung der Vergangenheit offenbar zu den unwahrscheinlichsten paradoxen Situationen. So reisen in dem Star Trek-Film "Der erste Kontakt" die Borg in die Vergangenheit, um den ersten Kontakt der Menschheit mit den Vulkaniern zu verhindern, der die Voraussetzung für das Entstehen der Föderation ist. Captain Picard folgt den Borg in die Vergangenheit, weil das Vorhaben der Borg mit allen Mitteln verhindert werden muss. Warum eigentlich? Könnte sich Picard nicht stattdessen entspannt in seinem Kommandosessel zurücklehnen? Schließlich existiert die Föderation doch, was Beweis genug dafür sein dürfte, dass die Borg den Erstkontakt in der Vergangenheit nicht verhindern können. Allerdings, was wäre, wenn die Borg es doch schaffen? Dann würde sich der Picard der Zukunft wahrscheinlich in eine Borg-Drohne verwandeln, und die Föderation hätte nie existiert. Damit hätten die Borg jedoch überhaupt keinen Anlass mehr, in die Vergangenheit zu reisen. Der Erstkontakt käme doch zustande. Die Föderation könnte den Borg weiter Paroli bieten und Picard hätte seine normale Gestalt wieder. Grund genug für die Borg, die Reise in die Vergangenheit zu unternehmen...und so weiter und so fort. Picard wäre anscheinend zu einem Doppelleben als Borg-Drohne und Captain verurteilt. Kein Wunder, dass Janeway immer Kopfschmerzen bekommt, wenn sie über die mit Zeitreisen verbundenen Probleme nachdenken muss.

Das hier beschriebene Paradoxon ist übrigens eine Variante des bekannten Großvaterparadoxons der Sci-Fi-Literatur (was passiert, wenn jemand in die Vergangenheit reist, und seinen Großvater tötet ). Neuere Einsichten der Physiker in die Quantentheorie der Gravitation und die Ausarbeitung der "Multiversum-Theorie" lassen derartige Paradoxien nicht mehr als unlösbar erscheinen. Als Lösung bietet sich an, dass jeder Eingriff in die Vergangenheit ein Paralleluniversum erzeugt. Der Fluss der Zeit gabelt sich. Wenn die Borg in Star Trek VIII also Erfolg gehabt hätten, wäre ein neues Universum mit einer Picard-Drohne entstanden, ohne die Zukunft des alten Universums zu beeinflussen.

Einstein und geschlossene zeitartige Bahnen

Albert Einstein um 1905

Die mit Zeitreisen verbundenen Paradoxien sind hauptsächlich schuld daran, dass jeder, der über die Möglichkeit von Zeitreisen spekuliert, in der Regel als Spinner und Phantast angesehen wird. Wer will schon von seinen Zeitgenossen belächelt werden. So kam es, dass bis in die jüngste Vergangenheit kein Wissenschaftler, der etwas auf sich hielt, öffentlich zugab, sich mit dem Thema Zeitreisen zu beschäftigen. Abgesehen davon gab es lange Zeit nicht den Schimmer einer Vorstellung, wie denn Zeitreisen überhaupt machbar wären. Das änderte sich erst mit den bahnbrechenden Theorien Albert Einsteins zu Beginn des 20.Jahrhunderts. Einsteins Spezielle Relativitätstheorie zeigte, dass die Zeit relativ ist und seine Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Krümmung des Raum-Zeit-Kontinuums in Abhängigkeit von der in ihm enthaltenen Materie und Energie.

Im Zuge der Erforschung der Folgerungen aus Einsteins Relativitätstheorie ergaben sich immer mehr Hinweise auf die Möglichkeit von Zeitreisen. Im Jahr 1937 entdeckte W. J. van Stockum eine Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen, bei der ein unendlich langer rotierender Zylinder als Zeitmaschine wirkt. Die Vermutung, dass der Zylinder bei endlicher Länge keine Zeitmaschine mehr ist, konnte bisher nicht bewiesen werden. Als nächster versuchte sich der berühmte Mathematiker Kurt Gödel, Nachbar und Freund Einsteins in Princeton, 1946 als Konstrukteur einer Zeitmaschine. Seine Lösung der Einsteinschen Gleichungen aus der Allgemeinen Relativitätstheorie beschreibt ein Universum, das weder expandiert noch schrumpft, sondern rotiert. Entfernt man sich in einem solchen Universum von der Erde und kehrt wieder zurück, hat man eine Reise in die Vergangenheit unternommen. Einstein hat sich seinerzeit sehr daran gestört, dass seine Theorie Zeitreisen erlaubt. Er konnte sich aber damit trösten, dass unser Universum nicht rotiert, sondern expandiert. Aber das war erst der Anfang.

Heute sind Zeitreisen zu einer "Spielwiese" für international anerkannte theoretische Physiker geworden. Natürlich geht es dabei nicht um die konkreten Details einer "Zeitmaschine", sondern um die Frage, ob Zeitreisen für eine unendlich fortgeschrittene Zivilisation, die über nahezu unbegrenzte technische Ressourcen verfügt, im Einklang mit den Gesetzen der Physik durchführbar wären.

Derartige Gedankenexperimente, die technische Schwierigkeiten und fehlendes Know-How vernachlässigen, haben in der Physik eine lange Tradition und versprechen neue Einsichten in die Naturgesetze. Kip Thorne, einer der Pioniere bei der Erforschung des Phänomens der Schwarzen Löcher, bezeichnet solche Fragestellungen als Fragen vom Sagan-Typ. Carl Sagan war ein bekannter Astrophysiker und Science-Fiction-Autor, der Thorne mit seinem Roman "Contact" zum Nachdenken über Wurmlöcher und Zeitreisen angeregt hat.

Die Ergebnisse seiner Forschungen veröffentlichte Thorne 1988 unter dem Titel "Wurmlöcher, Zeitmaschinen und die schwache Energiebedingung" in der angesehenen Fachzeitschrift "Physical Review Letters". Zunächst ging alles gut. Seine Physiker-Kollegen waren begeistert. Der bekannte russische Physiker Nowikow rief Thorne an und meinte: "Du hast das Eis gebrochen. Wenn du deine Ergebnisse zu Zeitmaschinen veröffentlichen kannst, dann kann ich das auch". Doch es kam, wie es kommen musste. Die Sensationspresse entdeckte schließlich den Artikel und machte eine große Sache daraus. Eine typische Schlagzeile dazu lautete: PHYSIKER ERFINDEN ZEITMASCHINEN. Von da an vermied Thorne bei seinen Veröffentlichungen den Begriff "Zeitmaschinen" und sprach statt dessen im Fachjargon von "Geschlossenen zeitartigen Bahnen".

Was haben die Physiker bei ihren Gedankenexperimenten herausgefunden?

Reisen und die Schwerkraft halten jung - Zeitreisen in die Zukunft

1. Hohe Geschwindigkeit und das Zwillingsparadoxon

Zeitreisen in die Zukunft sind heute schon möglich. Nach Einsteins Spezieller Relativitätstheorie hängt der Ablauf der Zeit vom jeweiligen Bezugssystem ab. Befindet sich ein System gegenüber einem Beobachter in Bewegung, dann laufen die Uhren dieses Systems für den Beoachter langsamer als seine eigene Uhr. Für Reisende vergeht die Zeit also langsamer als für die daheim Gebliebenen. Kehren die Reisenden nach Hause zurück, dann haben sie einen Zeitsprung in die Zukunft gemacht. Ein zurückkehrender Zwilling trifft einen im Vergleich zu ihm älteren Bruder an. Diese Effekte sind normalerweise kaum messbar. Wissenschaftler konnten aber tatsächlich bei Messungen an Elementarteilchen, die sich in Beschleunigern mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, die Vorhersagen der Speziellen Relativitätstheorie exakt bestätigen. Je größer die Geschwindigkeit, desto größer ist der Effekt. Der Astronaut Story Musgrave, der dabei half, das Hubble Space Teleskop zu reparieren, verbrachte 53,4 Tage im Orbit. Auf diese Art ist er über eine Millisekunde jünger als wenn er zu Hause geblieben wäre.

Möchte jemand einen Blick auf die ferne Zukunft der Erde werfen? Dazu benötigt man lediglich ein schnelles Raumschiff. Um die Erde in 1000 Jahren zu sehen, ist eine Reise mit 99,995 % der Lichtgeschwindigkeit zu einem 500 Lichtjahre entfernten Stern und zurück notwendig. Bei der Rückkehr wäre man selbst nur 10 Jahre älter.

2. Zeitreisen und Gravitation

Materie verbiegt die Raum-Zeit

Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie wird der Fluss der Zeit auch durch die Gravitation verlangsamt. Jeder Bergmann, der in einen Schacht einfährt und nach beendeter Schicht wieder an die Oberfläche kommt, ist in die Zukunft gereist, wenn auch nur um eine winzige unmessbare Zeitspanne. Da sich der Boden des Schachtes näher zum Erdmittelpunkt befindet als der Einstieg, herrscht dort eine höhere Schwerkraft, so dass dort die Uhren langsamer gehen, als an der Oberfläche. Für einen Astronauten auf dem Merkur wäre der Effekt schon größer. Angenommen, der Astronaut würde nach 30 Jahren auf die Erde zurückkehren, wäre er um 22 Sekunden jünger, als wenn er auf der Erde geblieben wäre. Merkur befindet sich näher an der Sonne, als die Erde, so dass die Gravitation der Sonne viel stärker wirkt. Hinzu kommt die im Vergleich zur Erde höhere Umlaufgeschwindigkeit des Merkur um die Sonne, die ebenfalls die Bewegung durch die Zeit verlangsamt. Noch größere Effekte ließen sich mit einem sehr riskanten Unternehmen erzielen, einer Zeitreise mit Hilfe eines Schwarzen Loches. Angenommen, ein Astronaut würde sich mit seinem Raumschiff vorsichtig bis zu einem Abstand von 3 cm an den Ereignishorizont eines Schwarzen Loches mit einer Masse von etwa 1000 Sonenmassen heranpirschen und dort 1 Jahr parken. Bei der Rückkehr auf die Erde würde er feststellen, dass dort inzwischen 10000 Jahre vergangen sind.

Zeitreisen in die Vergangenheit - jetzt wird's exotisch

1. Wurmlöcher in die Vergangenheit

Wurmlöcher sind hypothetische Tunnel durch den Hyperraum, die nicht nur zwei Regionen im Raum sondern auch zwei Zeitregionen des Alls miteinander verbinden. Deshalb können Wurmlöcher im Prinzip als Zeitmaschinen benutzt werden.  Sie wurden 1916 auf mathematischem Weg nur wenige Monate nach der Formulierung der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie entdeckt. Seitdem wurden viele andere Wurmlochlösungen der Einsteinschen Gleichungen gefunden.

Kip Thorne

Im Jahr 1988 legte Kip Thorne, ein Physiker am Caltech, dar, wie ein solches Wurmloch für eine Reise in die Vergangenheit benutzt werden könnte (siehe auch Teil 3: Einstein und geschlossene zeitartige Bahnen). Dazu müsste ein Ende des Wurmloches mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt werden, während das andere Ende feststeht. Das bewegte Ende altert wegen seiner hohen Geschwindigkeit langsamer, so dass ein Zeitreisender, der das Wurmloch von seinem feststehenden Ende aus durchquert, in die Vergangenheit reist.

Das bajoranische Wurmloch

Ob allerdings jemals solche Reisen durch Wurmlöcher stattfinden werden, ist mehr als fraglich. Bisher hat noch niemand ein Wurmloch beobachtet. Wenn Wurmlöcher existieren, dann höchstwahrscheinlich nur in mikroskopischem Maßstab und in sehr instabiler Form. Um diese Gebilde offenzuhalten und zu vergrößern, ist sogenannte exotische Materie erforderlich. Als exotische Materie wird von den Physikern eine äußerst seltsame Materieart bezeichnet, die eine im Durchschnitt negative Energiedichte besitzt. Die Effekte dieser Materie sind zwar bereits im Labor nachgewiesen worden, aber eine Zeitmaschine würde gewaltige Mengen davon verschlingen - millionenfach mehr als die Masse der Sonne Außerdem ist noch völlig unklar, ob ein einmal erzeugtes Wurmloch so lange stabil bleiben kann, bis es ein Zeitreisender durchquert hat. Berechnungen von Stephen Hawking scheinen das Gegenteil zu beweisen.

2. Kosmische Strings

Die Zeitreise in die Vergangenheit mit Hilfe kosmischer Strings ist womöglich noch exotischer als Zeitreisen mit Wurmlöchern. Kosmische Strings sind dünne, Millionen von Lichtjahren lange Energiebänder im Universum, die vielleicht existieren, vielleicht aber auch nicht. 1991 fand Richard Gott von der Princeton University einen Weg in die Vergangenheit mittels einer großen, aus einem kosmischen String bestehenden Schleife. Diese Bänder erzeugen wegen ihrer außerordentlich hohen Energiedichte eine extrem starke Krümmung der Raum-Zeit. Es müsste irgendwie gelingen, das Energieband so zu verformen, dass es sich auf Grund seiner Eigenspannung ähnlich einem Gummiband schnell zusammenzieht. Wenn ein Raumschiff um die beiden Enden der Schleife fliegt, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit gegeneinander bewegen, würde es in die Vergangenheit reisen. Um eine solche Zeitreise zu unternehmen, müßte man schon "Gott" heißen. Um ein Jahr in die Vergangenheit zu gelangen, wäre exotische Energie erforderlich, die ungefähr der Hälfte der Masse des gesamten Universums entspricht. Außerdem wäre das Unternehmen für den Zeitreisenden sehr riskant. Der sich zusammenziehende kosmische String würde wahrscheinlich ein rotierendes Schwarzes Loch erzeugen, in dessen Innerem der Zeitreisende für alle Zeiten gefangen wäre - auch eine Art Zeitreise.

Beide Möglichkeiten der Zeitreise in die Vergangenheit haben außerdem einen entscheidenden Mangel: Die Vergangenheit vor dem Bau der Zeitmaschine läßt sich mit ihnen nicht bereisen. Unsere Vorfahren sind also vor uns (noch) sicher. Aber wenn solche Zeitmaschinen heute gebaut würden, müssten wir uns vor unseren Nachkommen in Acht nehmen. Doch bis dahin ist es offenbar noch ein weiter Weg. Zeitreisen in die Vergangenheit verletzen anscheinend nicht die Gesetze der Physik, doch ob jemals Wege in die Vergangenheit gefunden werden, ist noch völlig offen. Wer es genau wissen will, kann ja eine Reise in die Zukunft unternehmen.

Quellen:

Kip S. Thorne: Gekrümmter Raum und verbogene Zeit
Weltbild-Verlag, 2000

Brian Green: Das elegante Universum
Siedler Verlag, Berlin, 2000

J. Richard Gott: Will we travel back (or forward ) in time?
Time-Magazin 10. April 2000