Die theoretischen Physiker Valeri P. Frolov und Andrei Zelnikov von der University of Alberta haben sich zusammen mit Pavel Krtouš von der Karls-Universität in Prag auf die Suche nach Lücken und Ungereimtheiten in den Gesetzen unseres Universums gemacht. Ihr Fokus liegt auf Wurmlöchern, theoretischen Abkürzungen durch die Raumzeit, über die seit fast einem Jahrhundert spekuliert wird. Die Idee ist, dass die Relativitätsgesetze es Quantenpartikeln ermöglichen, ihre physikalischen Grenzen zu überschreiten. Das Ziel: Die Nutzung von Wurmlöchern für Zeitreisen.

Zeitreisen: Sind Wurmlöcher der Schlüssel?

In der Physik gelten Wurmlöcher eher als Theorie denn als Tatsache. Die Spekulationen, dass Verwerfungen im Universum es Menschen ermöglichen könnten, Galaxien oder die Zeit schnell zu durchqueren, sind jedoch nicht ganz von der Hand zu weisen. Diese Idee erinnert zwar an einen Science-Fiction-Roman, könnte aber die komplexe Kluft zwischen der Quantenphysik und der Allgemeinen Relativitätstheorie überwinden.

Wurmlöcher sind geometrische Konstrukte, ähnlich den Formen, mit denen wir täglich zu tun haben. Aber in der Physik können diese Formen in Dimensionen jenseits unseres Verständnisses existieren. Quanteneffekte können Zeit und Entfernung auf mikroskopischer Ebene flexibel machen, während sich die Raumzeit auf einer größeren kosmischen Skala aufgrund der Schwerkraft ausdehnen und zusammenziehen kann.

Wenn eine beträchtliche Masse an einem Ort konzentriert wird, verzerrt sich die umgebende Raumzeit und bildet eine Struktur mit zwei Außenflächen, die durch ein Wurmloch verbunden sind. Dieses Wurmloch dient zwar nicht als Weg für Materie, aber verschränkte Objekte auf beiden Seiten können miteinander verbunden bleiben. Im Laufe der Zeit haben Physikerinnen und Physiker nach Szenarien gesucht, in denen Quanteneffekte und Teilchen diese ungewöhnlichen Raumzeitstrukturen durchqueren könnten. Mitunter erhoffen sie sich davon die Realisierung von Zeitreisen.

Im Kreis durch Raum und Zeit

Frolov, Krtouš und Zelnikov bauten auf dieser Forschung auf und erweiterten das Konzept eines Ringwurmlochs. Erstmals vorgestellt wurde diese besondere Art des Wurmlochs in einer 2016 veröffentlichten Forschungsarbeit. Das von Gary Gibbons von der University of Cambridge und Mikhail Volkov von der University of Tours vorgeschlagene Ringwurmloch unterscheidet sich von den sphärischen Raumzeitverzerrungen, die mit Schwarzen Löchern assoziiert werden, indem es flache Bereiche des Universums miteinander verbindet.

Konkret handelt es sich dabei um eine hypothetische topologische Eigenschaft der Raumzeit, die auf den Konzepten von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie und der theoretischen Physik basiert. Während ein herkömmliches Wurmloch in der Regel als Tunnel dargestellt wird, der zwei weit entfernte Regionen des Universums miteinander verbindet, hätte ein Ringwurmloch eine ring- oder torusähnliche Form.

Wie ein Ringwurmloch im Einzelnen aussehen oder sich verhalten würde, kann je nach Theorie sehr unterschiedlich sein. Es könnte zum Beispiel eine Struktur sein, die wie eine Abkürzung durch die Raumzeit wirkt, ähnlich wie ein herkömmliches Wurmloch, oder es könnte ganz andere Eigenschaften haben. Denkbar wäre etwa, dass es eine zwar am selben Punkt im Raum, aber an einem anderen in der Zeit ausspuckt – das Resultat wäre eine Zeitreise.

Modell erfordert weitere Untersuchungen

Durch die Analyse von Dualitätsrotationen und strategischen Transformationen kamen Frolov, Krtouš und Zelnikov im Rahmen ihrer Studie zu dem Schluss, dass ringförmige Massen einzigartige Verzerrungen in der ansonsten flachen Raumzeit verursachen können. Dieses theoretische Schlupfloch könnte verschiedene Punkte im Universum oder möglicherweise sogar verschiedene Universen miteinander verbinden.

Die Forscher analysierten außerdem die Auswirkungen verschiedener Bedingungen auf dieses Wurmloch. Dazu gehört etwa den Einfluss einer statischen Masse und die Folgen, die sich daraus ergeben, dass sich die Ein- und Austrittspunkte des Wurmlochs im selben Universum befinden. Zu den faszinierenden Ergebnissen, die sie dabei entdeckten, gehörte das Konzept einer geschlossenen zeitähnlichen Kurve, die es einer Entität oder einem Lichtstrahl theoretisch ermöglichen könnte, genau zu seinem Ursprungspunkt in Raum und Zeit zurückzukehren. Dies wirft das faszinierende, aber umstrittene Konzept der Zeitreise auf.

Der Gedanke an Zeitreisen ist zwar faszinierend, aber die Verwirklichung einer solchen Idee stößt auf zahlreiche Hindernisse, was auch der verstorbene Physiker Stephen Hawking bestätigte. Doch die unermüdliche Forschung von theoretischen Physikerinnen und Physikern hält die Hoffnung am Leben, dass wir einen Weg finden könnten, unsere lineare Reise in die Zukunft durch kosmische Schlupflöcher zu überwinden.

Quelle: „Ring wormholes and time machines“ (Physical Review D, 2023); „Ring wormholes via duality rotations“ (Physics Letters B, 2016)

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