Mann blickt auf Uhr und fragt sich: Wie kann man sich Zeitreisen vorstellen?

Zurück in die Zukunft: Wie kann man sich Zeitreisen vorstellen?

Von Dipl.-Phys. Dr. Anita Reimer, Universität Innsbruck am 20.05.2021

Einfach mal in die Vergangenheit reisen: Daran haben wir wohl alle schon einmal gedacht. Aber wie kann man sich Zeitreisen vorstellen? Dipl.-Phys. Dr. Anita Reimer erklärt es uns hier!
Wooooshh! Auch so kann man sich Zeitreisen vorstellen – allerdings nur in der Fantasie. | Credits: Unsplash

Was ist eine Zeitreise überhaupt? Und wie kann man sich Zeitreisen vorstellen?

Eine “Zeitreise” findet dann statt, wenn sich etwas entlang einer Zeitachse bewegt. Im Grunde befinden wir uns alle auf einer “Zeitreise”, mit einer Rate von einer Minute pro Minute in die positive Richtung (Zukunft). Die interessantere Frage ist, ob man schneller oder langsamer als diese Rate “reisen” kann, ob man gar in die Vergangenheit “reisen” kann?

Einstein hat die Antwort – oder vielleicht doch nicht?

Wie kann man sich Zeitreisen vorstellen? Auf diese Frage hat Albert Einsteins Relativitätstheorie einige Antworten parat. In der Relativitätstheorie werden Raum und Zeit als gleichwertig behandelt, und als “Raumzeit” zusammengefasst. Reisen finden auf sog. Weltlinien durch diese Raumzeit statt. Ferner gibt es ein Geschwindigkeitslimit: Man kann Objekte, Informationen, Energie, etc. nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum transportieren. Und: Licht bewegt sich im Vakuum mit einer festen unveränderten Geschwindigkeit von etwa 300,000 Kilometern pro Sekunde durch die Raumzeit.

Betrachtet man nun mit diesen Voraussetzungen eine(n) Reisende(n), die/der sich nahe am o.g. Geschwindigkeitslimit bewegt, so wird diese(r) Reisende am Ende der Reise feststellen, dass “ihre/seine Zeit” langsamer vergangen sein muss, als die Zeit derjeniger, die sie/er zurückgelassen hat. Der Grund für dieses Phänomen ist, dass sich die/der Reisende und die Zurückgelassenen auf unterschiedlichen Weltlinien durch die Raumzeit bewegt haben.

Ein Beispiel dazu: Du bist 14 Jahre alt, hast einen gleichaltrigen Bruder, und beginnst im Jahre 2013 eine Reise mit einer (permanenten) Geschwindigkeit von 298,500 Kilometern pro Sekunde. Dein Bruder bleibt zu Hause. Du siehst auf Deine Uhr, und nimmst Dir vor, nach 5 Jahren wieder zurück zu sein. Bei Deiner Rückkehr, nach Deiner Uhr tatsächlich nach 5 Jahren, triffst Du Deinen Bruder, und erfährst, dass er nun 64 Jahre alt ist. D.h., du hast nur 5 Jahre gebraucht, um ins Jahr 2063 (die Zukunft für Dich) zu reisen, schneller als die o. g. Rate von einer Minute pro Minute.

Technologisch ist diese “Reise” allerdings sehr schwer zu realisieren in der Raumfahrt: Man bräuchte enorme Energien, um so hohe Geschwindigkeiten für längere Zeit zu halten.

Raumzeit und Co.: Sich eine Zeitreise vorzustellen ist ziemlich kompliziert

Ähnliche Phänomene erwartet man in starken Gravitationsfeldern (z. B. in der Nähe von schwarzen Löchern wie beispielsweise dem Zentrum unserer Milchstrasse). Die Gravitationsfelder verbiegen die Raumzeit, und damit auch die Weltlinien möglicher Reisender. Eine Voraussage der Allgemeinen Relativitätstheorie ist nun, dass die Zeit für Objekte in starken Gravitationsfeldern langsamer vergeht als für Objekte im gravitationsfreien Raum (z. B., ein(e) Beobachter(in), die/der sehr weit von solchen Gravitationsfeldern entfernt ist).

Da tickt sie dahin, die Zeit ... und wir können sie nicht kontrollieren. Gravitationsfelder auf gewisse Art und Weise schon: Sie verbiegen die Raumzeit. | Credits: Unsplash

Zurück in die Zukunft – aber müsste man dazu nicht zuerst in die Vergangenheit reisen?

Eine schwierigere Frage ist die Möglichkeit einer “Reise in die Vergangenheit”. Hierzu müsste man (wieder im Rahmen der Relativitätstheorie) die Raumzeit so verbiegen, dass man geschlossene Weltlinien bekommt. D.h., ein(e) Reisende(r) auf dieser Weltlinie wird irgendwann an ihre/seine Vergangenheit kommen. Man stößt hier allerdings auf einige grundsätzliche Probleme, wie z.B. die Verletzung der Kausalität.

Dipl.-Phys. Dr. Anita Reimer ist Assoz.-Prof. am Institut für Theoretische Physik an der Universität Innsbruck. Dieser Beitrag wurde erstmals am 02.06.2017 veröffentlicht.

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