Wissenschaft

Die wissenschaftlichen Möglichkeiten der Zeitreise

Geschichten über Reisen in die Vergangenheit und die Zukunft haben unsere Vorstellungskraft schon lange gefesselt, aber die Frage, ob Zeitreisen möglich sind, ist eine heikle Frage, die genau versteht, was Physiker bedeuten, wenn sie das Wort „Zeit“ verwenden.

Die moderne Physik lehrt uns, dass Zeit einer der mysteriösesten Aspekte unseres Universums ist, obwohl sie zunächst einfach erscheinen mag. Einstein revolutionierte unser Verständnis des Konzepts, aber auch mit diesem überarbeiteten Verständnis, einige Wissenschaftler erwägen immer noch die Frage, ob oder nicht Zeit tatsächlich existiert oder ob es sich um eine bloße „hartnäckige Illusion“ (wie Einstein es nannte). Was auch immer die Zeit ist, Physiker (und Fiktionsautoren) haben einige interessante Wege gefunden, sie zu manipulieren, um zu erwägen, sie auf unorthodoxe Weise zu durchqueren.

 

Zeit und Relativitätstheorie

Obwohl in HG Wells‘ bezeichnet The Time Machine (1895), kam die eigentliche Wissenschaft der Zeitreise nicht in bis weit ins zwanzigste Jahrhundert zu sein, als Nebenwirkung von Albert Einstein ‚s Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie (entwickelt 1915 ). Die Relativitätstheorie beschreibt das physikalische Gefüge des Universums in Form einer vierdimensionalen Raumzeit, die drei räumliche Dimensionen (oben / unten, links / rechts und vorne / hinten) sowie eine zeitliche Dimension umfasst. Nach dieser Theorie, die im letzten Jahrhundert durch zahlreiche Experimente bewiesen wurde, ist die Schwerkraft ein Ergebnis der Biegung dieser Raumzeit als Reaktion auf das Vorhandensein von Materie. Mit anderen Worten, bei einer bestimmten Konfiguration der Materie kann das tatsächliche Raum-Zeit-Gefüge des Universums auf signifikante Weise verändert werden.

Eine der erstaunlichen Konsequenzen der Relativitätstheorie ist, dass Bewegung zu einem Unterschied im Zeitablauf führen kann, ein Prozess, der als Zeitdilatation bezeichnet wird. Dies zeigt sich am dramatischsten im klassischen Twin Paradox. Bei dieser Methode der „Zeitreise“ können Sie schneller als normal in die Zukunft gehen, aber es gibt keinen wirklichen Weg zurück. (Es gibt eine kleine Ausnahme, aber dazu später in diesem Artikel mehr.)

 

Frühe Zeitreise

1937 wandte der schottische Physiker WJ van Stockum die allgemeine Relativitätstheorie erstmals so an, dass die Tür für Zeitreisen geöffnet wurde. Durch Anwendung der allgemeinen Relativitätsgleichung auf eine Situation mit einem unendlich langen, extrem dichten rotierenden Zylinder (ähnlich einer endlosen Friseurstange). Die Drehung eines solch massiven Objekts erzeugt tatsächlich ein Phänomen, das als „Frame Dragging“ bekannt ist, dh, es zieht tatsächlich die Raumzeit mit sich. Van Stockum stellte fest, dass Sie in dieser Situation einen Pfad in 4-dimensionaler Raumzeit erstellen können, der am selben Punkt beginnt und endet – eine sogenannte geschlossene zeitliche Kurve -, die das physikalische Ergebnis ist, das Zeitreisen ermöglicht. Sie können mit einem Raumschiff losfahren und einen Weg zurücklegen, der Sie genau zu dem Moment zurückbringt, an dem Sie begonnen haben.

Obwohl dies ein faszinierendes Ergebnis war, war dies eine ziemlich konstruierte Situation, so dass es nicht wirklich große Bedenken gab, dass sie stattfinden würde. Eine neue Interpretation sollte jedoch folgen, die viel kontroverser war.

1949 beschloss der Mathematiker Kurt Godel – ein Freund von Einstein und ein Kollege am Institute for Advanced Study der Princeton University -, eine Situation anzugehen, in der sich das gesamte Universum dreht. In Godels Lösungen wurde Zeitreisen tatsächlich durch die Gleichungen erlaubt, wenn sich das Universum drehte. Ein rotierendes Universum könnte selbst als Zeitmaschine fungieren.

Wenn sich das Universum drehen würde, gäbe es Möglichkeiten, es zu erkennen (Lichtstrahlen würden sich zum Beispiel biegen, wenn sich das gesamte Universum drehen würde), und bis jetzt ist der Beweis überwältigend stark, dass es keine Art von universeller Rotation gibt. Zeitreisen werden also durch diese speziellen Ergebnisse ausgeschlossen. Tatsache ist jedoch, dass sich die Dinge im Universum drehen, und dies eröffnet erneut die Möglichkeit.

 

Zeitreise und schwarze Löcher

1963 analysierte der neuseeländische Mathematiker Roy Kerr anhand der Feldgleichungen ein rotierendes Schwarzes Loch. das als Kerr-Schwarzes Loch bezeichnet wird, und stellte fest, dass die Ergebnisse einen Weg durch ein Wurmloch im Schwarzen Loch ermöglichten, wobei die Singularität in der Mitte fehlte, und machten es aus dem anderen Ende. Dieses Szenario ermöglicht auch geschlossene zeitliche Kurven, wie der theoretische Physiker Kip Thorne Jahre später feststellte.

In den frühen 1980er Jahren, als Carl Sagan 1985 an seinem Roman Contact arbeitete, wandte er sich mit einer Frage zur Physik der Zeitreise an Kip Thorne, die Thorne dazu inspirierte, das Konzept der Verwendung eines Schwarzen Lochs als Mittel der Zeitreise zu untersuchen. Zusammen mit dem Physiker Sung-Won Kim erkannte Thorne, dass man (theoretisch) ein Schwarzes Loch mit einem Wurmloch haben könnte, das es mit einem anderen Punkt im Raum verbindet, der durch irgendeine Form negativer Energie offen gehalten wird.

Aber nur weil Sie ein Wurmloch haben, heißt das nicht, dass Sie eine Zeitmaschine haben. Nehmen wir nun an, Sie könnten ein Ende des Wurmlochs bewegen (das „bewegliche Ende“). Sie platzieren das bewegliche Ende auf einem Raumschiff und schießen es mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum . Die Zeitdilatation setzt ein und die erlebte Zeit durch das bewegliche Ende ist viel weniger als die Zeit, die durch das feste Ende erlebt wird. Nehmen wir an, Sie bewegen das bewegliche Ende 5.000 Jahre in die Zukunft der Erde, aber das bewegliche Ende „altert“ nur 5 Jahre. Sie verlassen es also 2010 n. Chr sagen wir, und kommen in 7010 n. Chr. an.

Wenn Sie jedoch durch das bewegliche Ende reisen, werden Sie 2015 n. Chr. Tatsächlich aus dem festen Ende herausspringen (seit 5 Jahre auf der Erde vergangen sind). Was? Wie funktioniert das?

Tatsache ist, dass die beiden Enden des Wurmlochs miteinander verbunden sind. Ega
l wie weit sie voneinander entfernt sind, in der Raumzeit sind sie im Grunde immer noch „nahe“ beieinander. Da das bewegliche Ende nur fünf Jahre älter ist als beim Verlassen, werden Sie durch das Durchlaufen zum entsprechenden Punkt auf dem festen Wurmloch zurückgeschickt. Und wenn jemand aus dem Jahr 2015 n. Chr. Erde durch das feste Wurmloch tritt, kommt er 7010 n. Chr. Aus dem beweglichen Wurmloch heraus. (Wenn jemand 2012 n. Chr. Durch das Wurmloch trat, landete er irgendwo mitten auf der Reise auf dem Raumschiff und so weiter.)

Obwohl dies die physikalisch vernünftigste Beschreibung einer Zeitmaschine ist, gibt es immer noch Probleme. Niemand weiß, ob Wurmlöcher oder negative Energie existieren oder wie man sie auf diese Weise zusammensetzt, wenn sie existieren. Aber es ist (theoretisch) möglich.

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