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Raum und Zeit Sind Zeitreisen möglich?

Ja, Zeitreisen sind kein Problem. Allerdings nicht in die Vergangenheit. Das jedenfalls hoffen die Physiker inständig. Denn die „geschlossene zeitartige Kurve“ ist eine Theorie, die Wissenschaftler gruseln lässt.

© F.A.Z. Vergrößern

Die erste wissenschaftlich begleitete Zeitreise fand im Oktober 1971 statt. Damals flogen die beiden amerikanischen Physiker Joseph Hafele und Richard Keating mit Linienflugzeugen ostwärts einmal um die Welt, im Gepäck vier präzise Atomuhren. Nach ihrer Rückkehr verglichen sie diese mit einer ortsfesten Uhr im U.S. Naval Observatory in Washington, und siehe da: Die weltgereisten Uhren gingen alle nach.

Ulf von Rauchhaupt Folgen:    

Die Zeit war in Washington schneller vergangen als für die fliegenden Physiker, die damit folglich in die Zukunft gereist waren - wenn auch nur für etwa 60 Nanosekunden.

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Zeitreisen in die Zukunft sind also kein Problem. Das folgte bereits 1905 aus Albert Einsteins spezieller Relativitätstheorie. Und auch wenn der von Hafele und Keating gemessene Effekt nur zum Teil auf Einsteins ersten Geniestreich zurückgeht, so würde sich ein viel stärkerer Effekt zeigen, wenn etwa ein Astronaut mit annähernd Lichtgeschwindigkeit zu einem fernen Stern flöge. Der Raumfahrer wäre nach seiner Rückkehr um Jahre jünger als sein auf der Erde verbliebener Zwillingsbruder. Oder, anders gesehen: Er wäre Jahre in die Zukunft gereist. Allerdings käme er damit nie mehr zurück zu dem Zeitpunkt, in dem er und sein Bruder noch gleich alt waren.

Einstein vereinte Raum und Zeit zu einer einheitlichen Struktur, der Raumzeit. Doch ein Punkt dieser Raumzeit, also etwa eine gewesene Gegenwart, wird dadurch noch lange nicht zu etwas, zu dem man zurückkehren kann wie in seine Stammkneipe. Denn nach der speziellen Relativitätstheorie steht uns allein eine Zukunft in einem Raumbereich offen, der sich mit fortschreitender Zeit zwar immer weiter verbreitert wie ein Kegel mit zunehmendem Abstand von der Spitze, aber dieses Öffnen der Zukunft erfolgt immer nur in eine Richtung: vorwärts.

Geschlossene zeitartige Kurven - die Physiker gruseln sich

Das ändert sich, wenn die Schwerkraft ins Spiel kommt. Dann gilt die allgemeine Relativitätstheorie, welche die Gravitation als Krümmung der Raumzeit in jedem möglichen „Hier und Jetzt“ auffasst, hervorgerufen durch die jeweils aktuellen Materie- oder Energieansammlungen. Das hat Folgen für jene Kegelflächen, die für jeden Raumzeitpunkt angeben, wann und wo sich dessen Vergangenheit abgespielt hat und wann und wo seine Zukunft stattfinden kann. Die Krümmung ist imstande, diese Kegel von einem Raumzeitpunkt zum nächsten gegeneinander zu verkippen. Damit wird denkbar, dass durch eine geeignet verbeulte Raumzeit Pfade laufen, die an ihren Ausgangspunkt zurückkehren. An ihnen entlang würde man also durch die Zukunft in seine eigene Vergangenheit reisen; „geschlossene zeitartige Kurven“ nennen die Physiker solche Gebilde - und gruseln sich davor.

Warum? Das Gruselige ist, dass bei Reisen in die Vergangenheit Kausalitäten durcheinandergeraten können: Ereignisse können ihre eigene Ursache werden oder aber sich selbst unmöglich machen. Letzteres wird oft auch als „Großvater-Paradox“ bezeichnet, weil man sich dabei einen Menschen vorstellt, der in die Zeit zurückreist, seinen Großvater als jungen Mann trifft, ihn im Streit umbringt und damit seine eigene Geburt verhindert.

Allerdings bedarf es schon besonders pathologischer Konfigurationen von Energie oder Materie, damit in Einsteins Theorie solche Zeitschleifen möglich werden. Die erste fand 1937 der Niederländer Willem van Stockum. Er löste die Einsteinschen Gleichungen für eine rotierende Staubwolke, die mit steigender Entfernung von der Rotationsachse immer dichter wird, und berechnete, wie diese Anordnung den Raum krümmt. Wie van Stockum zeigte, würde ein Beobachter, der die Wolkenachse in hinreichend großer Entfernung umrundet, entlang einer geschlossenen zeitartigen Kurve in seine eigene Vergangenheit gelangen. Inzwischen sind etliche weitere hypothetische Raum-Zeit-Gebilde bekannt, die den Einsteinschen Gleichungen gehorchen und geschlossene zeitartige Kurven erlauben.

Viele parallele Welten

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Veröffentlicht: 09.04.2010, 12:15 Uhr

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