Zeitreisen sind teilweise reale Physik – allerdings anders, als man sie aus Filmen kennt. Durch die Relativitätstheorie wissen wir, dass Zeit nicht für alle Beobachter gleich schnell vergeht. Wer sich sehr schnell bewegt oder sich in einem anderen Gravitationsfeld befindet, kann deshalb im Vergleich zu anderen unterschiedlich stark altern.

Eine solche „Reise in die Zukunft“ ist physikalisch möglich und wurde in kleinen Effekten tatsächlich gemessen. Für Reisen in die Vergangenheit gibt es dagegen bisher keine experimentell bestätigte Methode.

Warum kann Zeit unterschiedlich schnell vergehen?

Albert Einsteins Relativitätstheorien zeigen, dass Zeit keine für alle Beobachter identische Größe ist.

Zwei Effekte sind besonders wichtig:

• Geschwindigkeit: Aus Sicht eines Beobachters läuft eine relativ zu ihm bewegte Uhr langsamer.
• Gravitation: Uhren laufen in stärkeren Gravitationsfeldern langsamer als in schwächeren.

Diese Effekte nennt man Zeitdilatation beziehungsweise Zeitdehnung.

Kann man damit in die Zukunft reisen?

In einem bestimmten Sinn: ja.

Stell dir vor, eine Person reist mit sehr hoher Geschwindigkeit durchs All und kehrt später zur Erde zurück. Für sie kann während der Reise weniger Zeit vergangen sein als für Menschen auf der Erde.

Nach ihrer Rückkehr wäre sie deshalb weniger gealtert als Personen, die auf der Erde geblieben sind. Sie hätte die Zukunft der Erde schneller erreicht, als es bei einem normalen Aufenthalt auf der Erde möglich gewesen wäre.

Das bedeutet aber nicht, dass sie für sich selbst einen Sprung erlebt. Ihre eigene Zeit vergeht für sie ganz normal.

Das Zwillingsbeispiel

Dieses Prinzip wird häufig mit dem sogenannten Zwillingsparadoxon erklärt.

Zwei Zwillinge trennen sich: Einer bleibt auf der Erde, der andere unternimmt eine Reise mit sehr hoher Geschwindigkeit. Treffen sie später wieder zusammen, kann für den reisenden Zwilling weniger Zeit vergangen sein.

Das ist kein bloßer Science-Fiction-Effekt, sondern eine Konsequenz der Speziellen Relativitätstheorie.

Ist Zeitdilatation wirklich gemessen worden?

Ja. Relativistische Zeitunterschiede lassen sich mit hochpräzisen Uhren messen.

Sie spielen auch bei Satelliten eine praktische Rolle. Satellitenuhren befinden sich in einer anderen Gravitationsumgebung als Uhren auf der Erdoberfläche und bewegen sich gleichzeitig mit hoher Geschwindigkeit. Beide relativistischen Effekte müssen bei Navigationssystemen berücksichtigt werden.

Auch Astronauten altern während eines Raumflugs theoretisch geringfügig anders als Menschen auf der Erde. Bei heutigen Raumfahrtgeschwindigkeiten ist der Unterschied allerdings extrem klein.

Welche Rolle spielt Gravitation?

Nicht nur Geschwindigkeit beeinflusst den Zeitablauf. Auch Gravitation verändert, wie schnell Uhren im Vergleich zueinander laufen.

Je stärker das Gravitationsfeld, desto langsamer vergeht Zeit im Vergleich zu einer Uhr in einem schwächeren Gravitationsfeld.

In der Nähe sehr kompakter Objekte wie Schwarzer Löcher können solche Unterschiede besonders stark werden. Das bedeutet jedoch nicht, dass Schwarze Löcher automatisch Zeitmaschinen sind.

Kann man auch in die Vergangenheit reisen?

Für eine praktische Reise in die Vergangenheit gibt es bislang keinen experimentellen Nachweis und keine bekannte technische Methode.

Einige mathematische Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie erlauben ungewöhnliche Raumzeitstrukturen, bei denen zeitartige Schleifen oder Wurmlöcher eine Rolle spielen können. Daraus folgt aber nicht, dass solche Strukturen in der Natur tatsächlich existieren oder als Zeitmaschine nutzbar wären.

Was sind Wurmlöcher?

Wurmlöcher sind theoretische Raumzeitmodelle, die zwei weit voneinander entfernte Bereiche miteinander verbinden könnten.

Bestimmte Modelle lassen sich mathematisch so konstruieren, dass zwischen den beiden Enden eines Wurmlochs auch eine Zeitverschiebung entstehen könnte.

Das Problem: Durchquerbare Wurmlöcher sind bislang rein theoretisch. Es gibt keine astronomische Beobachtung, die ihre Existenz bestätigt. Außerdem würden stabile Varianten nach heutigen Modellen wahrscheinlich Materie oder Energie mit ungewöhnlichen Eigenschaften benötigen.

Warum sind Vergangenheitsreisen so problematisch?

Reisen in die Vergangenheit führen schnell zu Fragen der Kausalität: Kann eine Wirkung vor ihrer eigenen Ursache auftreten?

Das bekannte Großvater-Paradoxon verdeutlicht das Problem. Angenommen, jemand reist zurück und verhindert ein Ereignis, das für seine eigene spätere Existenz notwendig war. Dann stellt sich die Frage, wie die Zeitreise überhaupt hätte stattfinden können.

Solche Paradoxien zeigen, warum Vergangenheitsreisen theoretisch wesentlich problematischer sind als relativistische Zeitunterschiede bei Reisen in die Zukunft.

Ist eine Reise mit Lichtgeschwindigkeit möglich?

Ein Objekt mit Ruhemasse kann nach der Speziellen Relativitätstheorie nicht einfach auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Je näher seine Geschwindigkeit an die Lichtgeschwindigkeit herankommt, desto größer wird der dafür notwendige Energieaufwand.

Die Vorstellung einer Rakete, die exakt mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, eignet sich deshalb nicht als realistisches Reiseszenario. Sehr hohe Geschwindigkeiten würden jedoch bereits starke relativistische Zeitunterschiede erzeugen.

Was bedeutet das für echte Zeitreisen?

Man sollte zwei sehr unterschiedliche Dinge nicht vermischen:

• Zeitreise in die Zukunft: Relativistische Zeitdilatation ist reale und gemessene Physik.
• Zeitreise in die Vergangenheit: Sie taucht in theoretischen Modellen auf, ist aber weder experimentell bestätigt noch technisch realisiert.

Wenn Physiker von Zeitreisen sprechen, bedeutet das deshalb nicht automatisch eine Maschine, mit der man frei ein Datum einstellen kann.

Kurz zusammengefasst

Zeit kann für unterschiedliche Beobachter verschieden schnell vergehen. Hohe Geschwindigkeiten und Gravitation verändern den Zeitablauf relativ zu anderen Beobachtern. Dadurch ist eine Art Reise in die Zukunft physikalisch möglich.

Reisen in die Vergangenheit sind eine ganz andere Frage. Wurmlöcher und ähnliche Raumzeitmodelle werden theoretisch untersucht, es gibt bislang aber keinen Nachweis dafür, dass Menschen damit tatsächlich in die Vergangenheit reisen könnten.

Quellen

• DLR: Wenn die Uhr an Bord langsamer geht
• Einstein Online: Zeitdehnung
• Einstein Online: Das Zwillingsparadoxon
• Einstein Online: Wurmloch