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Die Relativitätstheorie lässt sogenannte „Wurmlöcher“ zu, scheinbar überlichtschnelle Verbindungen zwischen weit entfernten Punkten in Zeit und Raum, die sogar stabil und traversierbar sein können, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Ihre künstliche Herstellung hätte weitreichende Konsequenzen – für das gesamte Universum.
Zugegeben: Dieser Artikel strapaziert die Grenzen der Rubrik „Zukunftstechnologien“ etwas – denn bisher ist überhaupt nicht absehbar, dass in nächster Zukunft irgendjemand ein künstliches Wurmloch erzeugen könnte. Wurmlöcher sind aber, wie z.B. Schwarze Löcher, mögliche Lösungen von Einsteins Relativitätstheorie: im Gegensatz zu letzteren wurden aber Wurmlöcher nie beobachtet, und zumindest bisher erwartet man nicht, dass es besonders viele „natürliche“ Wurmlöcher geben sollte. Doch was muss man sich darunter genau vorstellen?
In Einsteins Relativitätstheorie ist der Raum nicht einfach die Leere, die alles umgibt und in der sich alles abspielt, was existiert. Der Raum ist eine Art Medium, das Eigenschaften annehmen kann, Eigenschaften, die ihm z.B. von seinem Energie- bzw. Materieinhalt diktiert werden. „Die Materie sagt dem Raum, wie er sich krümmen soll, und der Raum sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll“ hat diesen Zusammenhang mal jemand treffend auf den Punkt gebracht.
Von Trichtern und Gummitüchern
Visualisiert wird diese Verzerrung des Mediums Raum gerne durch ein Gummituch, auf dem eine schwere Kugel liegt. Diese symoblisiert eine Masse, z.B. einen Stern oder einen Planeten. Eine zweite, kleinere Kugel, die sich der ersten nähert, wird beginnen, die erste, grössere zu umkreisen (aufgrund der Reibung zwischen den Kugeln und dem Gummituch ist das Verhalten aber nicht ohne weiteres mit dem Verhalten von Körpern im freien Raum vergleichbar). Je grösser die Dichte der Kugel, desto tiefer der „Trichter“ bzw. die „Delle“, die sie im Gummituch erzeugt. Ein Schwarzes Loch etwa wäre am Grund eines sehr steilen, engen Trichters im Gummituch zu finden.
Bei einem Wurmloch tut man nun nichts anderes, als dass man sinngemäss zwei weit voneinander entfernte Trichter miteinander verbindet: dehnt man dazu die Raumzeit nur stark genug, kann diese neue Verbindung eine Art Abkürzung durch den Raum begreifen: statt den langen Weg „aussen rum“ fliegt ein Raumschiff flink durch das Wurmloch und tritt nach kürzester Zeit am Zielort wieder aus. Wurmlöcher ermöglichen also im Prinzip überlichtschnelles Reisen.
Doch halt – ist das nicht von der Relativitätstheorie verboten? Überlichtschnelles Reisen ist nur bei Reisen „durch“ den Raum verboten bzw. aus physikalischen Gründen schlicht nicht möglich, da der Energieaufwand für zusätzliches Beschleunigen nahe der Lichtgeschwindigkeit gegen unendlich geht. Da im Fall der Wurmlöcher aber das Medium Raum selbst dazu verwendet wurde, um den Weg zu verkürzen, ist von dieser Seite nichts einzuwenden.
Zeitreisen verboten
Doch es gibt ein weiteres Problem mit künstlichen Wurmlöchern (mal ganz abgesehen von ihrer Erzeugung, auf die ich weiter unten eingehen werde): Mit ihnen lassen sich scheinbar Zeitmaschinen bauen. Wie? Nehmen wir an, wir könnten von der Erde aus ein künstliches Wurmloch zum nächsten Schwarzen Loch oder einem anderen, sehr dichten Objekt bauen. Bei extremen Verzerrungen des Raumes, wie sie in der Nähe derart dichter Objekte auftreten, verläuft die Zeit langsamer: wenn man das eine Ende des Wurmlochs nur dicht genug an das Schwarze Loch heran fliegt, eilen am auf der Erde verbliebenen Wurmlochende Jahrhunderte vorbei, währenddessen beim Schwarzen Loch nur wenige Augenblicke vergehen. Nach einigen Jahrhunderten hätte sich so zwischen den zwei Enden des Wurmlochs ein Zeitunterschied von einigen hundert Jahren aufsummiert. Nun holen wir das ferne Ende des Wurmlochs zurück auf die Erde und schon ist die Zeitmaschine fertig… Denn nun können wir in das eine Ende eintreten und kommen am anderen Ende, viele Jahrhunderte zuvor, wieder heraus…
Zeitreisen führen zwangsläufig zu Verletzungen der Kausalität, das heisst, eine Wirkung könnte vor ihrer Ursache auftreten und diese Verhindern (bekannt ist hier etwa das sogenannte „Grossvaterparadoxon“, bei dem man in der Zeit zurückreist und den eigenen Grossvater umbringt, bevor er den Vater zeugen kann – man könnte also selbst nie existiert und damit auch den eigenen Grossvater nicht umgebracht haben, womit man eben doch wieder existiert und… und so weiter).
Der neuseeländische Mathematiker Matt Visser hat sich diesem Problem angenommen und konnte zeigen, dass sich künstliche Wurmlöcher, mit denen sich Zeitmaschinen konstruieren lassen, durch Quanteneffekte selbst zerstören (in einem Effekt, der der ohrenbetäubenden Rückkoppelung zwischen Mikrofon und Lautsprecher gar nicht so unähnlich ist), sobald sich ihre Enden auf eine Distanz nähern, die ihrem zeitlichen Unterschied in Lichtjahren entspricht. Das heisst, die beiden Enden eines Wurmlochs, dessen Enden zeitlich hundert Jahre auseinander liegen, können sich nie mehr als auf 100 Lichtjahre annähern, sonst kollabiert das Wurmloch. Ist dies aber erfüllt und die Enden weit genug auseinander, sind künstliche Wurmlöcher unbedenklich und können nicht zu Zeitmaschinen umfunktioniert werden.
Wie man ein Wurmloch baut
Wie könnte ein künstliches Wurmloch gebaut werden? Normale Materie kann den Raum nur zusammenziehen – um ein traversierbares („durchquerbares“) Wurmloch zu erzeugen, müsste eine Art negative Materie her, die in der Lage ist, den Raum wieder zu expandieren. „Negative Materie“ (manchmal auch „exotische Materie“ genannt) ist nichts geringeres als Materie mit einer negativen Energiedichte, also einer Energiedichte, die unter jener des „absolut leeren“ Raumes liegt (der „absolut leere“ Raum ist wegen Quantenphänomenen nie wirklich ganz leer: ständig entstehen und vergehen darin sogenannt „virtuelle“ Teilchen). Erstaunlicherweise sind wir bereits heute in der Lage, Zonen negativer Energiedichte zu erzeugen: beim sogenannten „Casimir-Effekt“. Dabei werden zwei Metallplatten extrem nahe aneinander gehalten. Dies unterdrückt – sehr vereinfacht gesagt – einen Teil der „virtuellen Teilchen“, die sich sonst überall bilden: nur virtuelle Teilchen mit einer Wellenlänge, die typischerweise kleiner ist als die Entfernung zwischen den Metallplatten können sich bilden. Damit entstehen zwischen den Metallplatten weniger virtuelle Teilchen als ausserhalb, womit eine Kraft von aussen auf die Metallplatten zu wirken beginnt, die ab einem bestimmten, sehr geringen Abstand sogar makroskopisch messbar wird.
Mit Hilfe des Casimir-Effektes könnte es also zumindest in der Theorie gelingen, ein Wurmloch zu erzeugen. Der Eingang zum Wurmloch wäre dann jeweils ein dreidimensionales, durchquerbares Objekt, an dessen Rändern der Casimir-Effekt die Aufrechterhaltung der gewünschten Raumzeitverzerrung sichern würde (das klingt jetzt vermutlich sehr viel einfacher als es in Wirklichkeit sein wird…). Hat man die beiden Enden einmal erzeugt, kann ein Raumschiff das eine Ende zum nächsten Stern schleppen und so können künftig Güter und Informationen zwischen dem Stern und der Erde ausgetauscht werden.
Eine Entwicklung mit universumsweiten Folgen
Zukunftstechnologien, wie sie in dieser Rubrik vorgestellt werden, haben alle das Potential, die menschliche Gesellschaft von Grund auf zu verändern. Die Technologie der künstlichen Wurmlöcher schlägt diesbezüglich jedoch alles: sind sie tatsächlich möglich, hat das möglicherweise Folgen für das ganze Universum.
Was, könnte man sich nun nämlich fragen, passiert, wenn eine Zivilisation ein Wurmlochende auf ein relativistisches Raumschiff packt? Also ein Raumschiff, das sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit unterwegs ist. Man beachte, dass ein solches Raumschiff durch das Wurmloch hindurch konstant mit Energie und Treibstoff versorgt werden könnte: es kann also beliebig lange beschleunigen (wobei es sich der Lichtgeschwindigkeit immer mehr annähert). Die Zeit an Bord des Raumschiffs verläuft im Vergleich zur Zeit auf der zurückbleibenden Erde sehr langsam. Bei einem Raumschiff, das konstant mit 1 Ge (der Schwerkraft auf der Erdoberfläche, rund 9.81 m/s^2) beschleunigt, dauert die Reise zum nächsten Stern gut 2.5 Jahre. Doch da das Raumschiff stetig weiter beschleunigt und sich so der Lichtgeschwindigkeit immer mehr nähert, verläuft die Zeit an Bord immer noch langsamer: in nur 11 Jahren Bordzeit etwa wäre das Zentrum der Milchstrasse erreicht, in 15 Jahren hätte man die 2.5 Millionen Lichtjahre weit entfernte Andromeda-Galaxie erreicht. Man beachte: Das Wurmloch verbindet jederzeit die Erde mit dem Raumschiff – die Zeit auf der Erde und auf dem Raumschiff laufen, durch das Wurmloch erzwungen, synchron. Wenn das Raumschiff nach fünfzehn Jahren Bordzeit die Andromeda-Galaxie erreicht hat, sind auf der Erde zwar 2.5 Millionen Jahre vergangen. [i]Doch bereits 15 Jahre nach dem Start des Raumschiffes lässt sich die Andromeda-Galaxie von der Erde aus erreichen, in dem man durch das vom Raumschiff mitgenommene Wurmloch tritt.[/i] Das mag seltsam anmuten, ist aber eine Konsequenz aus der Relativitätstheorie. Die Relativitätstheorie besagt nämlich, dass kein Bezugsrahmen bevorzugt ist, es keine Möglichkeit gibt, zu entscheiden, welcher von zwei gegeneinander bewegten Bezugsrahmen „stillsteht“ und welcher „reist“. Aus Sicht der Raumschiffbesatzung verläuft die Zeit an Bord des Raumschiffs ganz normal – bloss auf der ERDE verläuft sie sehr viel langsamer: aus Sicht der Raumschiffbesatzung sind auf der Erde, wenn das Raumschiff die Andromeda-Galaxie erreicht, lediglich 15 Jahre vergangen! Da das mitgebrachte Wurmloch sie stets mit der Erde verbindet, muss es sie bei Ankunft in der Andromeda-Galaxie mit einem Zeitpunkt 15 Jahre nach dem Start auf der Erde verbinden. Die Relativitätstheorie erzwingt also, dass die Zeit auf dem Raumschiff und der Erde synchron laufen. Startet das relativistische Raumschiff im Jahr 2200, können Erdlinge bereits im Jahr 2215 eine Reise nach Andromeda (und zurück!) unternehmen.
So erstaunlich es klingen mag, wenn die Möglichkeit einmal da ist, künstliche Wurmlöcher zu bauen, lassen sich praktisch alle Galaxien im sichtbaren Universum innert eines Menschenlebens erreichen. Man schickt ein relativistisches Raumschiff vor, und bereits nach wenigen Jahren Schiffszeit kommt dieses am Ziel an. Das mitgebrachte Wurmloch verbindet nach dieser Zeit die Erde mit dem fernen Ziel. Die ersten Raumschiffe, die ausgesandt werden, fliegen wohl noch vergleichsweise langsam: aber selbst für nahe Ziele lohnt sich das. Ein Flug zu einem erdähnlichen Planeten, der vielleicht 100 Lichtjahre entfernt ist, dauert mit 90% der Lichtgeschwindigkeit nur 43 Jahre Schiffszeit. Ein Raumschiff, das sich im Jahr 2200 von der Erde aus zu diesem Planeten aufmacht, kommt bereits im Jahr 2243 Schiffszeit (und damit auch Erdzeit) dort an und ermöglicht damit den regelmässigen Transfer von Menschen, Material, weiteren Raumschiffen und Informationen zu der neuen Kolonie. Zu einem späteren Zeitpunkt können weitere Wurmlochverbindungen von der neuen Kolonie aus gelegt werden (wobei Wurmlochrouten immer von der Erde wegzeigen müssen, da sonst der Kollaps des Wurmlochs riskiert wird). Innert weniger Jahrhunderte Erdzeit entsteht nun ein komplexes, dreidimensionales Wurmlochnetzwerk mit der Erde im Zentrum, mit dem sich im Prinzip das gesamte sichtbare Universum erreichen lässt.
Begegnungen mit Ausserirdischen – in der extremen Zukunft
Es ist nun zu vermuten, dass wenn künstliche Wurmlöcher tatsächlich möglich sind, sie von jeder Hochtechnologiezivilisation im Universum früher oder später entdeckt werden – vermutlich an einem vergleichbaren Punkt ihrer Entwicklung. Aus allen Zeiten spriessen so Wurmlochnetzwerke verschiedenster Zivilisationen ins Universum hinaus. Interessant ist dabei, dass jedes Netzwerk seine eigene „Zeit“ hat, die an die Zeit auf dem Heimatplaneten der Zivilisation gebunden ist. Von „aussen“ gesehen dauert die Errichtung des Netzwerks natürlich Millionen von Jahren: ein äusserer Beobachter, der zusieht, wie das relativistische Raumschiff von der Erde zur Andromeda-Galaxie startet, sieht es erst nach 2.5 Millionen Jahren dort ankommen. Dies führt dazu, dass zu dem Zeitpunkt, wenn sich zwei Netzwerke treffen, auf den Heimatplaneten BEIDER Zivilisationen „subjektiv“ nur wenige Jahrhunderte verstrichen sind, obwohl sie räumlich und zeitlich durch viele Millionen Lichtjahre und Jahre getrennt sind. Stellen wir uns als Beispiel vor, eine andere Zivilisation in einer Galaxie, die rund 50 Mio Lichtjahre von Andromeda entfernt ist, hätte vor 47.5 Millionen Jahren begonnen, ein Wurmloch nach Andromeda zu verlegen. Wie wir auch würden sie die Andromeda-Galaxie in 2.5 Millionen Jahren (gemessen im Zeitrahmen des Universums, bzw. von einem „äusseren Beobachter“) erreichen. Von der Erde aus gesehen dauert der Bau der Wurmlochverbindung jedoch nur 15 Jahre. Für ein mit relativistischer Geschwindigkeit fliegendes Raumschiff (erst recht, wenn es ständig beschleunigt) sind 50 Mio Lichtjahre praktisch „das gleiche“ wie 2.5 Mio Lichtjahre: der Bau der Wurmlochverbindung von der fernen Zivilisation nach Andromeda würde aus ihrer Sicht nur geringfügig länger als unsere 15 Jahre dauern, sagen wir mal, 18 Jahre. So trifft sich die Menschheit mit der ausserirdischen Zivilisation, nur gerade 15 bzw. 18 Jahre nachdem auf der Erde bzw. dem Heimatplaneten der ausserirdichen Zivilisation ein relativistisches Raumschiff in Richtung Andromeda gestartet wurde.
Aus unserer Sicht (bzw. der Sicht jeder einzelnen Zivilisation im Universum, ganz egal wo sie sich befindet und wann sie entstanden ist) könnte der „Erstkontakt“ mit einer ausserirdischen Zivilisation nur Jahrzehnte bis Jahrhunderte nach dem Bau der ersten Wurmlochverbindungen entfernt sein, auch wenn dieser Kontakt, in einem äusseren Zeitrahmen betrachtet, erst Millionen oder sogar Milliarden Jahre in der Zukunft stattfindet.
Mit der Zeit gleichen sich die Wurmlochnetzwerke verschiedenster Zivilisationen aneinander an: so entsteht mit der Zeit ein Wurmlochnetzwerk, das praktisch jeden von einer hochentwickelten (sprich wurmlochbauenden) Zivilisation bewohnten Planeten im Universum miteinander verbindet. Eine Welt, wie wir sie aus Fernsehserien (wie z.B. Star Trek) kennen, würde entstehen: Millionen von Zivilisationen stehen miteinander im Kontakt, nur wenige Jahrhunderte in unserer eigenen (subjektiven) Zukunft. Es gäbe allerdings keinen Anlass für eine „oberste Direktive“, welche den Kontakt zu weniger weit entwickelten Zivilisationen verbietet: die riesigen Distanzen zwischen den Zivilisationen in Raum und Zeit (ausserhalb des Netzwerks) stellen sicher, dass nur Zivilisationen kontaktiert werden, die in der Lage sind, Wurmlochnetzwerke zu bauen: alle anderen bleiben abgenabelt in den Weiten abseits des Netzwerks sicher versteckt.