Lustige Geschichte: Wie baut man eine Zeitmaschine?

Seit der Veröffentlichung der Science-Fiction-Novelle „Die Zeitmaschine“ des britischen Schriftstellers Herbert George Wells im Jahr 1895 werden Themen rund um Zeitreisen mit großer Begeisterung diskutiert und erfreuen sich nach wie vor großer Beliebtheit. Ist es dem Menschen also möglich, durch Raum und Zeit zu reisen?

Was ist Raumzeit

Bevor wir eine Zeitmaschine bauen, müssen wir zunächst die Zeit selbst verstehen und herausfinden, was Zeit ist.

Haben Sie beim Genießen der warmen Frühlingssonne schon einmal daran gedacht, dass es sich tatsächlich um die Sonne von vor 8 Minuten handelt? Denn selbst Licht benötigt für den „Lauf“ der rund 150 Millionen Kilometer von der Sonne zur Erde etwa 8 Minuten. Was wir also sehen, ist die Sonne der Vergangenheit.

Lange Zeit galt allgemein die Annahme: Wenn es hier 15 Uhr ist, dann muss es auch auf dem Mond oder überhaupt überall im Universum 15 Uhr sein. In Wirklichkeit ist es jedoch unmöglich, Ihre Uhr auf die Standardzeit des Universums zu kalibrieren.

Viele Menschen glauben, dass die Geschwindigkeit, mit der die Zeit vergeht, festgelegt ist und dass die Zeit im gesamten Universum mit der gleichen Geschwindigkeit fließt. Tatsächlich ticken Uhren im Weltraum langsamer als auf der Erde. Hinweis: Rate ist nicht dasselbe wie Geschwindigkeit. Die Rate ist ein Skalar; sie hat eine Größe, aber keine Richtung.

Das GPS-Satellitennavigationssystem funktioniert nur durch die tägliche Kalibrierung der Uhren der Satelliten. Zeit hat keinen absoluten Wert. Die Geschwindigkeit ist an verschiedenen Orten unterschiedlich. Wer also eine Zeitreise unternehmen möchte, muss die traditionelle Sichtweise der Zeit aufgeben und die Zeit als eine Dimension betrachten.

Die meisten Menschen glauben, wir leben im dreidimensionalen Raum, aber tatsächlich leben wir im vierdimensionalen Raum. Zusätzlich zu den drei Achsen Länge, Breite und Höhe des gewöhnlichen dreidimensionalen Raums gibt es eine zusätzliche Zeitachse. Natürlich fällt es uns nicht leicht, Zeit als Dimension zu akzeptieren.

Einfach ausgedrückt: Wenn wir mit einem Freund eine Verabredung für ein Treffen auf einer bestimmten Etage eines bestimmten Gebäudes vereinbaren, müssen wir auch eine Uhrzeit für das Treffen vereinbaren. Die vierte Dimension der Zeit ist eng mit den anderen drei Dimensionen des Raumes verknüpft. Physiker nennen diese vier Dimensionen „Raumzeit“. Genauer gesagt ist die makroskopische Welt, in der wir leben, tatsächlich ein dreidimensionaler Raum und eine vierdimensionale Raumzeit.

Heute glauben die meisten Wissenschaftler, dass Zeit ebenso wie Raum nicht unsichtbar ist und dass es sich um Strukturen handelt, die gedehnt und sogar verknotet werden können. Wenn das wahr wäre, würden Zeitreisen vielleicht nicht so weit hergeholt klingen. Mit anderen Worten: Wenn wir einen Weg finden, das Gefüge von Raum und Zeit zu manipulieren, könnten echte Zeitreisen möglich sein.

Geschwindigkeitszeitmaschine

Die meisten von uns leben in einer normalen Zeit und einem normalen Raum, aber es ist keine Übertreibung zu sagen, dass es bereits Zeitreisende unter uns gibt. Tatsächlich haben Astronauten der Internationalen Raumstation und der chinesischen Raumstation bereits Zeitreisen in die Zukunft unternommen. Sie fragen sich bestimmt, wie sie es schaffen, in die Zukunft zu gelangen?

Dabei kommt es vor allem auf die Geschwindigkeit an. Die Raumstation umkreist die Erde mit einer Geschwindigkeit von mehr als 27.000 Kilometern pro Stunde, und einige Menschen haben Hunderte von Tagen und Nächten in der Internationalen Raumstation verbracht.

Als sie zur Erde zurückkehrten, waren sie etwa eine Mikrosekunde, also eine Millionstel Sekunde, in die Zukunft gereist. Daher können wir uns ein Raumschiff auch als Zeitmaschine vorstellen, deren ultraschnelle Reisegeschwindigkeit die Zeit verlangsamen kann.

Kann die Zeit also manipuliert werden?

Wissenschaftler gehen davon aus, dass auf dem Armaturenbrett eines Autos eine „Lichtuhr“ angebracht ist, deren Licht sich vertikal auf und ab bewegt. Wenn das Auto vorbeifährt, sehen Passanten, dass sich das Licht in der Lichtuhr diagonal bewegt. Daher sieht jemand, der von außerhalb des Autos schaut, dass das Licht eine größere Entfernung zurücklegt. Für Personen innerhalb und außerhalb des Autos ändert sich die Lichtgeschwindigkeit jedoch nicht.

Die Zeit ist gleich der Entfernung geteilt durch die Geschwindigkeit, sodass die Leute im Auto weniger Zeit verbringen. Mit anderen Worten: Für jemanden, der sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, vergeht die Zeit langsamer. Wissenschaftler nennen dieses Phänomen „Zeitdilatation“.

Der weltweit größte Teilchenbeschleuniger am CERN befindet sich im schweizerischen Genf. Seit fast einem halben Jahrhundert erforschen und experimentieren hier Wissenschaftler aus über 80 Ländern der Welt das Thema Zeitreisen. Jetzt haben sie ein nützliches zeitreisendes Teilchen namens Myon entdeckt. Diese hochenergetischen Teilchen stammen aus der kosmischen Strahlung, die die Erdatmosphäre ständig „bombardiert“, ihre Lebensdauer beträgt jedoch nur etwa eine Millionstel Sekunde.

Wissenschaftler nutzen Teilchenbeschleuniger, um Myonen auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, was ihre Lebensdauer verlängert. Mit anderen Worten: Die dem Meson entsprechende Zeit wird immer langsamer, während die Zeit außerhalb des Beschleunigers unverändert bleibt. In gewisser Weise sind Myonen bereits in unsere Zukunft eingetreten.

Doch der Versuch, Geschwindigkeit zum Bau einer Zeitmaschine zu nutzen, ist noch immer mit Hindernissen verbunden. Es stellt sich heraus, dass Masse einer bestimmten Energiemenge entspricht, und wenn der Impuls eines Objekts zunimmt, nimmt auch seine Masse zu. Bewegt sich ein Objekt mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit, nähert sich die hinzugefügte Masse der Unendlichkeit. Wenn sich beispielsweise ein Myon mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt, ist seine Masse mehr als 7.000-mal größer als im Ruhezustand.

Daher ist Energie eines der größten Hindernisse für unsere Zeitreisen. Einfach ausgedrückt: Wir können derzeit kein Objekt von der Größe eines Menschen mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Selbst wenn wir die gesamte der Erde zur Verfügung stehende Energie nutzen würden, könnten wir eine Rakete nicht annähernd mit Lichtgeschwindigkeit fliegen lassen.

Schwerkraft-Zeitmaschine

Es gibt immer einen Ausweg. Natürlich gibt es noch eine andere Möglichkeit, Zeitreisen zu unternehmen, und diese Methode kann Menschen nicht nur in die Zukunft, sondern auch zurück in die Vergangenheit bringen.

Die von Wissenschaftlern allgemein anerkannte Methode, um in der Zeit vorwärts zu springen, besteht neben der Verwendung von Geschwindigkeit darin, sich auf die Schwerkraft zu verlassen.

Einfach ausgedrückt zeigt die Schwerkraft, wie Masse das Gefüge der Raumzeit krümmt (oder verzerrt). Wenn ein Objekt massiv genug wäre, um mit einem Stern oder einem schwarzen Loch zu konkurrieren, würde es die Raumzeit erheblich krümmen. Je massereicher ein Objekt ist, desto stärker ist seine Wirkung auf die Erschütterung oder Verformung des Raum-Zeit-Gefüges. Das Hubble-Weltraumteleskop erfasste die Krümmung des Lichtwegs beim Durchqueren der Galaxie und bewies damit, dass Masse eine Krümmung der Raumzeit verursachen kann. Und die Krümmung der Raumzeit würde uns beim Bau von Zeitmaschinen helfen, denn wenn die Schwerkraft die Raumzeit krümmt, hat dies einen echten Einfluss auf den Lauf der Zeit.

Im Erdgeschoss eines Wolkenkratzers vergeht die Zeit langsamer als im obersten Stockwerk. Denn je näher man der Erdoberfläche ist, desto stärker ist die Schwerkraft, desto stärker ist die Raumzeit gekrümmt und desto langsamer vergeht die Zeit. Obwohl dies ein sehr kleiner Unterschied ist, wird Ihre Uhr, wenn Sie 100 Jahre lang im obersten Stockwerk stehen, 500.000stel Sekunden schneller gehen als die Uhr im ersten Stock. In gewissem Sinne ist die Erde selbst eine Zeitmaschine.

Wenn wir die Szene in den Weltraum verlegen, ist die Wirkung noch größer. In der Umlaufbahn weit über der Erde vergeht die Zeit anders als auf der Oberfläche, was für globale Satellitenpositionierungssysteme wichtig ist. Damit diese Systeme ordnungsgemäß funktionieren, müssen wir die Uhren am Boden und in den Satelliten synchronisieren. Da das Gravitationsfeld am Standort des Satelliten schwächer ist, vergeht die Zeit dort außerdem schneller, mit einem Unterschied von etwa 50 Mikrosekunden pro Tag. Wenn wir keine Korrekturen vornehmen und die Unterschiede in der Zeitgeschwindigkeit berücksichtigen, wird die Satellitennavigation nicht funktionieren.

Die Schwerkraft der Erde und die dadurch verursachte Verzerrung der Raumzeit reichen nicht aus, um uns eine Zeitreise in die Vergangenheit zu ermöglichen. Es gibt jedoch Orte im Universum, an denen die Schwerkraft die Raumzeit stark verzerrt hat. Die Raumzeit ist größtenteils flach, weist jedoch in einem Schwarzen Loch eine starke Krümmung auf. Die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs kann die umgebende Raumzeit dehnen und krümmen und sie so in ein extrem tiefes konisches Loch verwandeln. Aufgrund der starken Schwerkraft verlangsamt sich die Zeit in einem Schwarzen Loch dramatisch.

Für diejenigen, die eine Zeitreise unternehmen möchten, könnte das Betreten eines schwarzen Lochs eine Möglichkeit sein, ihren Wunsch zu erfüllen. In einem Schwarzen Loch stößt man jedoch unvermeidlich auf eine Singularität, die den dichtesten Punkt im Schwarzen Loch darstellt. Daher würden Sie an der Singularität zerschmettert werden.

Doch schon bald entdeckten Wissenschaftler kosmische Strings, eine Art dünne, lange und hochenergiekonzentrierte Röhre, von der man annahm, dass sie während des Urknalls entstanden sei. Es wird spekuliert, dass die Masse einer kosmischen Saite von einem Meter Länge größer ist als die der Erde und daher ebenfalls eine Verzerrung der Raumzeit verursachen kann. Wenn also zwei unendliche kosmische Saiten aneinander vorbeiziehen, kann eine Zeitmaschine geschaffen werden. Wissenschaftler gehen davon aus, dass ein Raumschiff, das schneller als das Licht reist und um zwei kosmische Strings kreist, vor seinem Abflug zurückkehren kann.

Um jedoch ein Jahr zurückzugehen, bräuchte man gemäß der aktuellen kosmischen Stringtheorie etwa die Hälfte der Masse der Milchstraße. Um eine so große Masse zu kontrollieren, muss man in der Lage sein, die Energie der gesamten Galaxie zu beherrschen.

Verschiedene Theorien zur Zeitreise mögen absurd erscheinen, doch seit mehr als einem Jahrhundert versuchen Wissenschaftler mit vereinten Kräften von Wissen und Vorstellungskraft zu beweisen, dass Zeitreisen möglich sind. Manche Menschen waren vielleicht nur Mikrosekunden in der Zukunft, doch Wissenschaftler, die sich mit der Erforschung von Zeitreisen beschäftigen, machen immer noch Fortschritte.

Denn eigentlich beginnt jedes große Abenteuer mit einem kleinen Schritt.