„Wenn man einen Forschungsantrag stellen würde, um an Zeitreisen zu arbeiten, würde er sofort abgelehnt werden“, schreibt der Physiker Stephen Hawking in seinem posthumen Buch Kurze Antworten auf die großen Fragen. Er hatte Recht. Aber er hatte auch Recht damit, dass die Frage, ob Zeitreisen möglich sind, eine „sehr ernste Frage“ ist, die immer noch wissenschaftlich angegangen werden kann.

Mit dem Argument, dass unser gegenwärtiges Wissen dies nicht ausschließen kann, war Hawking, wie es scheint, vorsichtig optimistisch. Was bedeutet das nun für uns? Wir können heute keine Zeitmaschine bauen, aber könnten wir es in der Zukunft?

Beginnen wir mit unserer Alltagserfahrung. Für uns ist es selbstverständlich, dass wir unsere Freunde und Verwandten anrufen können, egal wo auf der Welt sie sich befinden, um zu erfahren, was sie gerade machen. Aber das können wir nie wirklich wissen. Die Signale, die ihre Stimmen und Bilder transportieren, reisen unvorstellbar schnell, aber es dauert immer noch eine endliche Zeit, bis diese Signale uns erreichen.

Unsere Unfähigkeit, das „Jetzt“ einer weit entfernten Person zu erreichen, ist der Kern von Albert Einsteins Theorien über Raum und Zeit.

Lichtgeschwindigkeit

Einstein sagte uns, dass Raum und Zeit Teile einer Sache sind – der Raumzeit – und dass wir bereit sein sollten, über Entfernungen in der Zeit genauso zu denken wie über Entfernungen im Raum. So seltsam das auch klingen mag, wir antworten gerne „etwa zweieinhalb Stunden“, wenn jemand fragt, wie weit Birmingham von London entfernt ist. Damit meinen wir, dass die Reise bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 50 Meilen pro Stunde so lange dauert.

Mathematisch gesehen ist unsere Aussage gleichbedeutend mit der Aussage, dass Birmingham etwa 125 Meilen von London entfernt ist. Wie die Physiker Brian Cox und Jeff Forshaw in ihrem Buch „Why does E=mc²?“ schreiben, können Zeit und Entfernung „durch etwas ausgetauscht werden, das die Währung einer Geschwindigkeit hat“. Einsteins intellektueller Sprung bestand in der Annahme, dass der Wechselkurs zwischen einer Zeit und einer Entfernung in der Raumzeit universell ist – und zwar die Lichtgeschwindigkeit.

Die Lichtgeschwindigkeit ist die schnellste Geschwindigkeit, mit der sich ein Signal fortbewegen kann, und setzt eine grundlegende Grenze dafür, wie schnell wir wissen können, was anderswo im Universum vor sich geht. Daraus ergibt sich die „Kausalität“ – das Gesetz, dass Wirkungen immer auf ihre Ursachen folgen müssen. Dies ist ein ernsthafter theoretischer Dorn im Auge der zeitreisenden Protagonisten. Wenn ich in der Zeit zurückreise und Ereignisse in Gang setze, die meine Geburt verhindern, bedeutet das, dass die Wirkung (ich) vor der Ursache (meiner Geburt) liegt.

Wenn die Lichtgeschwindigkeit universell ist, müssen wir sie gleich messen – 299.792.458 Meter pro Sekunde im Vakuum – egal wie schnell wir uns selbst bewegen. Einstein erkannte, dass die Konsequenz aus der Absolutheit der Lichtgeschwindigkeit ist, dass Raum und Zeit selbst nicht absolut sein können. Und es stellt sich heraus, dass Uhren, die sich bewegen, langsamer ticken müssen als stationäre Uhren.

Je schneller man sich bewegt, desto langsamer tickt die Uhr im Vergleich zu einer Uhr, an der man vorbeigeht. Das Wort „relativ“ ist entscheidend: Für Sie scheint die Zeit normal zu vergehen. Für jeden, der stillsteht, sind Sie jedoch in Zeitlupe. Wenn Sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen würden, würden Sie in der Zeit stehen bleiben – für Sie würden alle anderen im Schnelldurchlauf laufen.

Wenn wir also schneller als das Licht reisen könnten, würde die Zeit dann rückwärts laufen, wie es uns die Science-Fiction lehrt?

Unglücklicherweise braucht man unendlich viel Energie, um einen Menschen auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, geschweige denn darüber hinaus. Aber selbst wenn wir das könnten, würde die Zeit nicht einfach rückwärts laufen. Stattdessen würde es keinen Sinn mehr machen, überhaupt von vorwärts und rückwärts zu sprechen. Das Kausalitätsgesetz wäre verletzt, und das Konzept von Ursache und Wirkung würde seinen Sinn verlieren.

Wurmlöcher

Einstein sagte uns auch, dass die Schwerkraft eine Folge der Art und Weise ist, wie Masse Raum und Zeit verformt. Je mehr Masse wir in eine Region des Raums quetschen, desto mehr wird die Raumzeit verzerrt und desto langsamer ticken die Uhren in der Nähe. Wenn wir genügend Masse hineinpressen, wird die Raumzeit so stark verformt, dass selbst das Licht der Anziehungskraft nicht entkommen kann und ein Schwarzes Loch entsteht. Und wenn man sich dem Rand des Schwarzen Lochs – seinem Ereignishorizont – nähert, ticken die Uhren in der Nähe unendlich langsam im Vergleich zu denen in der Ferne.

Könnten wir also die Raumzeit auf die richtige Art und Weise verzerren, um sie in sich selbst zu schließen und in der Zeit zurückzureisen?

Die Antwort lautet: Vielleicht, und die Verformung, die wir brauchen, ist ein durchquerbares Wurmloch. Aber wir müssen auch Regionen mit negativer Energiedichte erzeugen, um es zu stabilisieren, und die klassische Physik des 19. Jahrhunderts verhindert das. Die moderne Theorie der Quantenmechanik hingegen nicht.

Der leere Raum ist nach der Quantenmechanik nicht leer. Stattdessen ist er mit Paaren von Teilchen gefüllt, die in die Existenz hinein- und wieder herausspringen. Wenn es uns gelingt, einen Bereich zu schaffen, in dem weniger Teilchenpaare ein- und austreten können als überall sonst, dann hat dieser Bereich eine negative Energiedichte.

Eine konsistente Theorie zu finden, die die Quantenmechanik mit Einsteins Gravitationstheorie verbindet, bleibt jedoch eine der größten Herausforderungen der theoretischen Physik. Ein Kandidat, die Stringtheorie (genauer gesagt die M-Theorie), könnte eine weitere Möglichkeit bieten.

Die M-Theorie setzt voraus, dass die Raumzeit elf Dimensionen hat: die eine der Zeit und drei des Raums, in denen wir uns bewegen, und sieben weitere, die unsichtbar klein zusammengerollt sind. Könnten wir diese zusätzlichen Raumdimensionen nutzen, um Raum und Zeit abzukürzen? Hawking zumindest war hoffnungsvoll.

Geschichte retten

Sind Zeitreisen also wirklich eine Möglichkeit? Unser heutiges Verständnis schließt das nicht aus, aber die Antwort ist wahrscheinlich nein.

Einsteins Theorien können die Struktur der Raumzeit auf unglaublich kleinen Skalen nicht beschreiben. Und obwohl die Naturgesetze oft in völligem Widerspruch zu unserer alltäglichen Erfahrung stehen können, sind sie doch immer in sich konsistent – und lassen wenig Raum für die Paradoxien, die es gibt, wenn wir in der Science-Fiction über Zeitreisen mit Ursache und Wirkung herumspielen.

Trotz seines spielerischen Optimismus erkannte Hawking, dass die unentdeckten physikalischen Gesetze, die eines Tages die Einsteinschen Gesetze ablösen werden, verhindern könnten, dass große Objekte wie Sie und ich zufällig (nicht kausal) durch die Zeit hin und her hüpfen. Wir nennen dieses Vermächtnis seine „Chronologie-Schutz-Vermutung“.

Ob die Zukunft nun Zeitmaschinen bereithält oder nicht, wir können uns mit dem Wissen trösten, dass wir, wenn wir einen Berg besteigen oder in unseren Autos rasen, die Zeit verändern.

So, an diesem „Tag, an dem wir so tun, als wären wir ein Zeitreisender“ (8. Dezember), denken Sie daran, dass Sie es bereits sind, nur nicht so, wie Sie vielleicht hoffen.