Die Quantenphysik jagt nun schon seit vielen Jahren ihrem ganz persönlichen Heiligen Gral hinterher: Zeitreisen. Schon 2018 veröffentlichten drei Doktoranden der University of Massachusetts eine Studie, die dieses Ziel in greifbare Nähe rückt. Die Grundlage der eigentlich sehr einfachen zugrundeliegenden Konstruktion stellt die sogenannte Quantengravitation dar. Was das ist und wie dadurch Zeitreisen ermöglicht werden, erfährst du hier.

Zeitreisen: Quantengravitation ist der Schlüssel

Die Theorie der Quantengravitation soll Zeitreisen ermöglichen, dabei befindet sie sich selbst noch in der Entwicklung. Sie soll die Quantenphysik sowie die allgemeine Relativitätstheorie des weltweit bekannten Physikers Albert Einstein einander annähern und vereinen. Doch warum sollte man diese beiden scheinbar voneinander unabhängigen Theorien auf einen gemeinsamen Nenner bringen wollen? Ganz einfach:

Während sich die allgemeine Relativitätstheorie lediglich mit der Gravitation beschäftigt, nimmt sich die Quantentheorie der drei verbleibenden Elementarkräfte des Universums an: der elektromagnetischen Wechselwirkung, der schwachen Wechselwirkung und der starken Wechselwirkung. Sollte es gelingen, die beiden Theorien in der Quantengravitation zu vereinen, stünde dem näheren Verständnis von Zeitreisen im Grunde nichts mehr im Weg.

Neben Albert Einstein unternahmen in den vergangenen Jahrzehnten auch bekannte Astrophysiker wie Kip Thorne und Stephen Hawking immer wieder Anläufe, um die Grundbausteine der Zeitreise zu Entschlüsseln und den Heiligen Gral der Quantenphysik für sich zu beanspruchen – doch bislang ohne nennenswerten Erfolg.

Zeitschleifen und exotische Materie: Wie funktionieren Zeitreisen?

Einsteins Theorie lässt die Möglichkeit zu, die Zeit so stark zu verzerren, dass sie sich tatsächlich in sich selbst faltet und so eine Zeitschleife entsteht. Die Konstruktion solcher „geschlossenen zeitähnlichen Kurven“ (CTCs von „closed time-like curves“) oder „Zeitmaschinen“ wird jedoch mitunter durch Hawkings „Chronologie-Schutz-Vermutung“ verworfen. Sie besagt stark vereinfacht gesagt, dass die Natur keine Veränderungen ihrer Vergangenheit zulässt.

Doch scheint es einen Weg zu geben, dieses natürliche „Verbot“ zu umgehen: Exotische Materie. Dabei handelt es sich um einen sehr weitgefassten Begriff, der im Grunde allgemein Teilchen miteinbezieht, die nicht aus Protonen, Elektronen und Neutronen bestehen. Vor allem aber handelt es sich dabei um hypothetische Materie mit negativer Energiedichte. Das Problem: In der Natur ist ein solcher Grundstoff nicht bekannt.

Zeitmaschine Lite

Von Caroline Mallary, einer Doktorandin an der University of Massachusetts Dartmouth, kommt nun ein Modell für eine Zeitmaschine. Das Konzept, das sie im Rahmen einer Studie im Fachmagazin Classical & Quantum Gravity veröffentlicht hat, benötigt kein massenexotisches Material und bietet ein sehr einfaches Design.

Ihr Modell besteht aus zwei superlangen Strecken, die parallel zueinander verlaufen sind. Eine von beiden bewegt sich schnell vorwärts und lässt die andere stillstehen. Mallary konnte zeigen, dass sich bei einer solchen Anordnung eine Zeitschleife im Raum zwischen den Strecken befindet. Eine Animation zeigt, wie Mallary’s Zeitschleife funktioniert:

Wenn das Raumschiff in die Zeitschleife eintritt, erscheint auch sein zukünftiges Selbst, und man kann die Positionen beider zu jedem Zeitpunkt danach zurückverfolgen. Diese Animation ist aus der Perspektive eines externen Beobachters, der das Raumschiff beim Eintritt in die Zeitschleife und beim Austritt aus der Zeitschleife beobachtet. So funktioniert es, das Zeitreisen im Kleinformat.

Ganz so einfach wie im Video dargestellt lässt sich diese Vorrichtung natürlich nicht nachbauen. Doch ist sie wohl das, was einer Zeitmaschine am nähesten kommt. Doch gehört zum tieferen Verständnis unseres Universums nicht nur das Zeitreisen. Auch die unsichtbaren Dimensionen der Stringtheorie spielen eine wesentliche Rolle. Der sagenumwobenen Weltformel jagen Physiker allerdings noch immer hinterher.