••  Chronolytisches Studio ••   Das chrononautische Wissen in unserer Zeit
 
Kapitel 12:

Wurmlöcher durchtunneln die Zeit exotisch


Die Zeitreise zwischen zwei Ereignissen P und Q, die kürzer dauern soll, als deren zeitliche Trennung in der normalen Raumzeit, muss die Grenzen der "normale" Raumzeit zwangsläufig durchtunneln. Das Aussteigen aus der gewöhnlichen Raumzeit, um zu anderen Orten und Zeiten scheinbar aus dem Nichts aufzutauchen, macht die höher-dimensionalen Welt zu einem höchst spekulativen Ort. Dabei muss man sich den Raumzeit-Tunnel als Abkürzung durch einen Hyperraum vorstellen, in dem unser normaler Raum eingebettet ist. Als anschauliches Beispiel für diese höherdimensionalen Verhältnisse mag eine gekrümmte zweidimensionale Fläche im Raum dienen. Biegt man eine Fläche weit genug in der dritten Dimension, so können sich zwei verschiedene Teile der Fläche beliebig nahe kommen.


Abb.Wurmloch

Um nun zwischen den im Raum benachbarten Flächenstücken einen Durchbruch in der dritten Dimension zu schaffen, muss man eine wenig "Flächenchirurgie" anwenden. Die benachbarten Flächenteile werden an zwei Stellen kreisförmig aufgeschnitten. Es entstehen kreisförmige Schnittränder. Die beiden Ränder werden nun nahtlos miteinander verschweißt. Um zwei getrennt Punkte auf den Flächen zu erreichen, gibt es nun zwei Wege, den kurzen durch das präparierte Loch und den langen Weg außen herum. In analoger Weise benutzt ein Apfelwurm, der zu einem Oberflächenteil auf der anderen Seite des Apfels gelangen will, die Abkürzung durch die dritte Dimension. Da der Apfel rund ist, führt der kürzeste Weg den Wurm nicht auf der Apfeloberfläche entlang , sondern direkt durch den Apfel hindurch. Das Universum ist zwar keine Kugel, aber es ist ebenfalls gekrümmt. Das Licht versucht im gekrümmten Raum immer den kürzesten Weg zu nehmen, d.h. es bewegt sich entlang einer sogenannten geodätischen Linie. Mit einem Wurmloch lassen sich tatsächlich noch kürzere Wege durch die Raumzeit finden.

Im Prinzip kann man mit einem Wurmloch sogar das Licht im "Normalraum" überholen. Ebenso wie eine Wurm überraschend aus einem Loch im Apfel hervorkommt, kann der Raumzeitreisende via Wurmloch plötzlich in einem anderen, weit entfernten Raumgebiet auftauchen. Natürlich ist das eine nur einfache Analogie. An einem Wurmloch unserer Raumzeit sind höhere Dimensionen beteiligt, die sich nur mit komplizierter Mathematik und unanschauliche Formeln beschreiben lassen.

Über eine spezielle Version von Wurmlöchern hatten die Physiker bereits im ultra-mikroskopische Bereich spekuliert. Die Wurmlöcher der Quantentheorie sind um eine Größenordnung von 1020 kleiner als der Radius eines Atoms. In dieser Größenordnung sind die Newtonschen Gesetze von Raum und Zeit ohne große Bedeutung, dort findet sich die Welt der unsteten Quanten und die permanenten Fluktuationen des Vakuums. In extrem kleinen Bereichen hat sich der leere Raum als äußerst dynamisches Gebilde herausgestellt. Sogenannte Quantenfluktuationen erzeugen und vernichten in einem unablässigen Wechselspiel virtuelle Teilchen. Ein mögliches Resultat der Vakuumfluktuationen ist die Ausbildung von unzähligen ultra-mikroskopisch kleinen Wurmlöchern, die verschiedene Teile des Raumes verbinden. Der Raum besitzt in der Größenordnung der Plankschen Länge, das sind 1.3 * 10 -33 cm, eine extrem verwickelte Geometrie.

Tatsächlich eröffnen die subatomaren Wurmlöcher Wege in die Vergangenheit und die Zukunft. Allerdings bleiben diese Verbindungen nur etwa 10 -42 Sekunden zugänglich, d.h. die Verbindung mit der Vergangenheit ist sehr kurzlebig. Der sogenannte Quantenschaum setzt sich aus unzähligen Wurmlöchern zusammen, die jeden Teil des Raumes mit jedem anderen verknüpfen. Die Größe der Eintritts- und Austrittsöffnungen der Quantenwurmlöcher ist ebenfalls in der Größenordnung der Plankschen Länge. Das ist um viele Zehnerpotenzen kleiner als die kleinsten Elementarpartikel. Daher ist es zum Beispiel für ein Elektron unmöglich, diese extrem kleinen Quantentunnel in der Raumzeit zu durchqueren.

Abb. (Quantenschaum)

Die ersten Ideen über Wurmlöcher tauchten schon vor vielen Jahrzehnten auf. Schon vor 35 Jahren wurde die Vermutung geäußert, dass die elektrischen Elementarteilchen den 3-D-Raum öffnen und tunnelartige Verbindungen zu anderen Ladungsträgern ausbilden. Elektrische Feldlinien laufen im Außenraum nicht nur vom der positiven Ladung zur negativen Ladung, sondern sie laufen hyperdimensional über ein Wurmloch in sich zurück. Feldlinien sind damit ohne Anfang und Ende, da sie sich kreisförmig um das Wurmloch zusammenschließen. Die Kraftlinien sind in Henkeln, Röhren und Tunneln des Raumes gefangen.

Die Idee, alle elementaren Partikel mit Wurmlöchern zu verbinden und die assoziierten Wechselwirkungen auf eine universelle, geometrische Basis zu stellen, wurde in der Fortsetzung der Allgemeinen Relativitätstheorie zu einem Programm erhoben. Die Geometrodynamik versuchte alles, was ist, durch gekrümmten und verwickelten Raum zu begründen. Dieses Programm hat sich trotz guter Ansätze letztlich nicht durchgesetzt. Die Idee aber, dass der Raum in bestimmten Bereichen durch Wurmlöcher aufgebrochen und topologisch vielfach zusammenhängend ist, blieb wichtiger Bestandteil von aktuellen physikalischen Theorien.

Die Theorie über Wurmlöcher bekam Ende der 80-ziger Jahre einen neuen Impuls. Der Physiker Kip Thorne erhielt von dem berühmten Wissenschaftsautor Carl Sagan eine Anfrage, ob Raumzeittunnel theoretisch existieren können. Er schickte das Manuskript einer Science-Fiction-Geschichte mit, in der eine kosmische Reise durch Wurmlöcher beschrieben wurde. Carl Sagan wollte bei seiner Geschichte so wissenschaftlich exakt wie möglich vorgehen. Diese ungewöhnliche Anfrage motivierte den Physiker Kip Thorne und sein Team an der Caltech-Universität so sehr, dass sie ein eigenes Forschungsprojekt starteten. Ziel dieses Projekts war es, herauszufinden, ob die aktuellen physikalischen Theorien stabile Tunnel in der Geometrie unserer Raumzeit überhaupt zulassen. Sie untersuchten speziell Wurmlöcher, die nicht mit dem Gravitationszusammenbruch eines Sternes in Verbindung stehen. Ein Wurmloch soll zwei entfernte euklidisch flache Raumteile in Form eines interdimensionalen, röhrenartigen Durchgangs verbinden. Die Physiker fanden zunächst heraus, dass die Allgemeine Relativitätstheorie Wurmlöcher dieser Art nicht verbietet. Danach widmeten sie sich der Analyse, unter welchen physikalischen Bedingungen ein Wurmloch stabil und im irdischen Maßstab passierbar sein kann. Sie sind von der Art, wie sie Science-Fiction-Autoren annehmen, wenn sie super-galaktische Zivilisationen beschreiben. Mit Makro-Wurmlöchern sollte es möglich sein, über kosmische Distanzen zu reisen und Menschen, Material und Raumschiffe durch Abkürzungen der Raumzeit zu navigieren.

Das Physikerteam um Kip Thorne fragte zunächst, wie Wurmlöcher für eine potentielle Durchreise oder Materietransport beschaffen sein müssen. In den dazugehörigen Untersuchungen wurde die theoretische Annahme gemacht, dass ein Wurmloch von geeigneter Größe bereits existiert. Wie ein passierbares Wurmloch entsteht, ohne dass sich dabei durch Gravitationskräfte eine Singularität oder ein Ereignishorizont ausbildet, wurde offen gelassen. Das hypothetische Wurmloch erscheint sehr instabil und hat das Bestreben, sich bei kleinsten Störungen von der Raumzeit abzuschnüren. Die Physiker fanden eine Methode, wie sich ein passierbarer Durchgang unter Anwendung bekannter Gesetze offen halten lässt. Dazu ist die Anwesenheit von spezieller Materie notwendig. Um das Wurmloch vor dem Kollaps zu bewahren, müssen ungeheure Gegenkräfte aufgewendet werden. Für Materie, die mit solchen Spannungen und Energiedichten konkurrieren kann, müssen schon sehr merkwürdige Verhältnisse zutreffen. Es ist kein Wunder, dass die Physiker den technischen Begriff der exotischen Materie einführten. Mike Morris, Kip Thorne und Ulvi Yurtsever fanden heraus, dass sich durch exotische Materie eine negative Energiedichte erzeugen lässt, die fähig ist, den Druck von außen zu kompensieren. Durch die negativen Masse entsteht Antigravitation, und die genau wird gebraucht, um die destruktiven Gravitationskräfte im Wurmloch auszubalancieren. Allerdings muss zugegeben werden, dass negativen Massen den herkömmlichen Physikvorstellungen nicht ganz entsprechen. Unter der Annahme, dass exotische Materie existiert und verfügbar ist, haben die drei Physiker gezeigt, dass sich ein Wurmloch stabilisieren lässt. Bei optimalen Bedingungen reduzieren sich die Gezeitenkräfte und die gefährliche Strahlung auf ein verträgliches Maß, so dass die Passierbarkeit für Objekte der irdischen Größenordnung gesichert ist. Da in diesem Fall auch kein Ereignishorizont existiert, der eine Rückkehr verhindern würde, ist das Wurmloch von beiden Seiten her zugänglich und durchlässig.

Für die Wurmlochtheoretiker zeigte sich bald, dass die theoretisch postulierte Form von exotischer Materie einen bereits bekannten experimentellen Hintergrund besitzt. Der holländische Physiker Casimir entdeckte 1942, dass sich zwei elektrisch leitende Platten, zwischen denen sich ein Vakuum befindet, mit einer kleinen Kraft anziehen. Dieser nach ihm benannte Effekt wurde durch die Existenz einer negativen Massendichte erklärt. Auf dieser Idee könnte die Erzeugung exotischer Materie aufbauen. zur Zeit ist die irdische Physik allerdings noch weit entfernt von einer effektiven Handhabung der exotischen Materie. Vor dem Problem, wie ein Makrowurmloch offen gehalten werden soll, steht allerdings die Frage nach der Erzeugung eines Wurmlochs. Ein Verfahren wäre, ein mikroskopisches Wurmloch einzufangen und wie auch immer auf makroskopische Größe aufzublasen. Neuere Ideen zeigen, dass man durch das sogenannten Zusammendrücken des Vakuums negative Energiedichten erzeugen kann, die direkt zu Makrowurmlöchern führen. Wie Morris, Thorne und Yurtsever herausfanden, müssen bestimmte zusätzliche physikalische Bedingungen erfüllt sein, um die Kontrollierbarkeit und Passierbarkeit eines Wurmlochs zu sichern:
(1) Das Wurmloch muss eine Mindestgröße erreichen, um den Durchgang von Raumschiffen irdischer Größenordnung zu ermöglichen.
(2) Exotische Materie, in welcher Form auch immer, muss existieren und für menschliche Techniker verfügbar sein.
(3) Die gravitativen Gezeitenkräfte sind auf eine für biologische Lebewesen verträgliche Größenordnung einzugrenzen. Ebenso sind Lebewesen von der potentiell schädlichen Wirkung von exotischer Materie zu schützen.
(4) Die Durchgangszeit darf sich relativistisch nicht zu sehr dehnen, so dass sowohl Durchreisende als auch Beobachter an den Enden des Wurmloches die Reise in ihrer Eigenzeit erleben können.
(5) Die für die Ausbalancierung der zusammenschnürenden Kräfte notwendige exotische Materie muss kontrollierbar sein.
(6) Das Wurmloch darf nicht mit einem Ereignishorizont verbunden sein, damit es in beide Richtungen passierbar werden kann.
(7) Die mit dem Wurmloch verbundenen Öffnungen, Eingänge und Ausgänge in die normale Raumzeit, lassen sich kontrolliert im Raum verschieben.

Das makroskopische Wurmloch könnte nicht nur das Tor zu den Sternen öffnen, es würde auch die Zeit überwinden. Ein Wurmloch das ins Zentrum der Milchstraße gerichtet ist, überbrückt in Sekunden eine Entfernung von 30000 Lichtjahren. Die Existenz von Wurmlöchern in passierbarer Makroausgabe ermöglicht so durch Distanzannullierung, den Raum zu durchtunneln. Ob die Reise mittels Distanzannullierung zu jedem beliebigen Ort in unserem Universum durchgeführt werden kann, ist theoretisch nicht ganz klar. Die von der Relativitätstheorie geforderte Koppelung von Raum und Zeit wirft auch Frage auf, ob die Wurmlöcher auch Wege ins Irgendwann öffnen. Das dies so ist, lässt sich mit den Arbeiten von Kip Thorne und seinem Caltech-Team eindeutig nachvollziehen. Die Bedingung (7) ist es, die den Weg für eine Zeitreise frei macht. Die Relativitätstheorie besagt, dass die Zeit für ein Objekt langsamer vergeht, wenn es sich in einem Bezugssystem mit fast Lichtgeschwindigkeit bewegt. Darauf baut das Verfahren der Zeitreise durch ein Wurmloch auf. Nur wenn es zukünftiger Chronotechnik gelingt, Ausgang und Eingang eines Wurmloches relativistisch gegeneinander zu verschieben, eröffnen sich Wege in die lokale Vergangenheit. Das eine Ende das Wurmloches wird räumlich fixiert, während das andere Ende mit fast Lichtgeschwindigkeit bewegt wird. Ein potentieller Uhrzeiger in der bewegten Mündung des Wurmloches dreht sich nach den Gesetzen der Relativitätstheorie langsamer als der Uhrzeiger des fixierten Einganges. Dadurch wird eine relative Zeitdifferenz zwischen den beiden Öffnungen des Wurmloches erzeugt. Danach bringt man die bewegte Öffnung des Wurmloches wieder in die Nähe des unbewegten Einganges. Vorausgesetzt beide Öffnungen sind nach der Bewegung in unmittelbarer Nachbarschaft im Raum, so sind sie für einen lokalen Beobachter zeitlich in der Gegenwart präsent und zugänglich. Es zeigt sich, dass ein Beobachter, der das Wurmloch von dem Ende durchquert, das sich bewegt hat, das Wurmloch am anderen Ende zeitlich früher verlässt, als er in das Wurmloch eingetreten ist. Er ist tatsächlich rückwärts in der Zeit gereist. Niemals aber kann er in eine Zeit gelangen, die vor der Bewegung der Öffnung des Wurmloches zur Erzeugung der Zeitdifferenz liegt.

Das hier erläuterte Verfahren ist eine direkte Folgerung aus der Relativitätstheorie. Die Theorie scheint daher die Zeitmaschinen nicht zu verbieten. Doch die daraus resultierenden praktischen Probleme türmen sich in unerreichbare Höhen:

(1) Es ist nach heutigem Stand kein Verfahren in Sicht, wie ein solches Quantenwurmloch eingefangen, vergrößert und stabilisiert werden könnte.

(2) Die Existenz exotischer Materie ist noch nachzuweisen. Auch ist unklar, wie man exotische Materie technisch handhaben kann.

(3) Nach neuestem Stand der Theorie gibt es Zweifel, dass ein Wurmloch als Zeitmaschine überhaupt funktioniert. Es gibt Hinweise, dass mit der Schaffung der Zeitmaschine Quantenfluktuationen verbunden sind, die in einer sehr kurzen Zeitspanne anwachsen und das Wurmloch zerstören.

Was zur Zeit gesagt werden kann ist: die Existenz passierbarer und makroskopischer Wurmlöcher ist weder eindeutig bewiesen, noch widerlegt. Es gibt einige ernstzunehmende Indizien, die Wurmlöcher als möglich erscheinen lassen. Ob sich Wurmlöcher als effektive Zeitmaschinen eignen, hängt wesentlich von einer erweiterten Theorie der Quantengravitation ab. Wir wissen noch zu wenig, um Quantenmechanik und Relativitätstheorie überzeugend genug zu vereinheitlichen. Es muss deutlich gesagt werden, dass es den Physikern aus dem Caltech-Team in ihrer Analyse nicht darum ging, eine Zeitmaschine zu erfinden. Ihr Hauptanliegen war es, die Grenzen der bestehenden Theorien auszuprobieren. Sie selbst äußern sich eher mit zurückhaltender Skepsis über die Möglichkeit von realen Zeitmaschinen. Kip Thorne selbst meint, dass wir von der praktischen Realisierung passierbarer Wurmlöcher noch weiter entfernt sind als die Höhlenmenschen der Steinzeit vom Bau einer Weltraumrakete.

Die bisherigen Modelle schöpfen die Komplexität der Einsteinschen Gleichungen nicht voll aus und stellen daher idealisierte Vereinfachungen dar. Es ist denkbar, dass realistischere Modelle neue Verhältnisse einbringen die geschlossene Zeitkurven als natürliche Eigenschaften der Raumzeit nachweisen. Die aktuellen Theorien der Wissenschaften können Zeitreisen und passierbare Tunnel durch die Raumzeit nicht mehr ausschließen. Das ist die vorsichtige Botschaft von Mathematikern, Physikern und Astrophysiker, die die Grenzen ihrer Theorien erproben.
Chronoreisen :
Der Traum von der Zeitmaschine

Kapitel 1
Der Traum von der Beherrschung der Zeit

Kapitel 2
Chronoreisen aus allen Zeiten

Kapitel 3
Zeitmaschinen am fernen Horizont der Physik

Kapitel 4
Warten auf den galaktischen Zeitbus

Kapitel 5
Karten für die Navigation durch Raum und Zeit

Kapitel 6
Reisen in die Zukunft - relativistisch einfach

Kapitel 7
Gödelkosmos und merkwürdige Zeitkurven

Kapitel 8
Schwarze Löcher als Tore in das Nirgendwann

Kapitel 9
Durch den Zeitspiegel : Antiwelten

Kapitel 10
Jenseits der Lichtbarriere:
Tachyonische Dimensionen

Kapitel 11
Rotierende Tiplerzylinder und das Zerbrechen der Zeitmauer

Kapitel 12
Wurmlöcher durchtunneln die Zeit exotisch

Kapitel 13
Zeitspirale im Laserring

Kapitel 14
Die LHC-Zeitmaschine

Kapitel 15
Unglaubliche Experimente mit der Zeit:
Fakt oder Fiktion?

Kapitel 16
Kausalität gefangen im Zeitkreis

Kapitel 17
Parallele Welten und die Vollzahl der Zeiten

Kapitel 18
Das Diktat des kosmischen Zensors




#