2020/52 - FRIZZ-Januar

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STADT GESCHICHTEN 26 Das Universum als Zeitmaschine Reisen wir vor ins Jahr 1949. Kurt Gödel beweist, dass Einsteins Theorie der allgemeinen Relativität aus mathematischer Sicht Zeitreisen in die Vergangenheit zulässt. Gödels Raumzeit hat die Eigenschaft, dass das ganze Universum rotiert. Seine Zeit läuft kreisförmig in sich selbst zurück, sodass ein Flug in den Raum hinaus zugleich eine Reise in die Zukunft oder Vergangenheit bedeutet. Das löste bei Albert Einstein Unbehagen aus. Sollte gerade seine Allgemeine Relativitätstheorie dafür herhalten, Zeitreisen zumindest mathematisch zu ermöglichen? Gödels Universum ist gleichförmig, aber der Rotation wegen nicht in allen Richtungen gleichartig. Die Materie wird durch eine Flüssigkeit repräsentiert, die rotiert, aber nicht expandiert. Die Weltlinien sind ohne Anfang und Ende, sie laufen in sich zurück. Spektrum der Wissenschaft erklärt: „In Gödels Kosmos kann ein Astronaut immer geradeaus fliegen und so wieder zu seinem Ursprungsort zurückkehren.“ Um in diesem Universum in die eigene Vergangenheit zu gelangen, ist eine starke Beschleunigung, beispielsweise durch eine Rakete, erforderlich. Gödel erklärte: „Wenn wir auf einem Raumschiff eine Rundfahrt in einer genügend großen Kurve machen, ist es in diesen Welten möglich, in eine beliebige Region der Vergangenheit, Gegenwart oder Zukunft und wieder zurück zu reisen, genauso, wie es in anderen Welten möglich ist, in entfernte Teile des Raums zu reisen.“ Wie würde sich ein derartiger Flug anfühlen? Tack Tick – würden sich die Zeiger der Uhren dadurch rückwärts bewegen? Spektrum der Wissenschaft klärt auf: Der Raumfahrer würde das Weltall mit Sternen und Planeten ganz normal an sich Kurt Gödel und Albert Einstein lernten sich am Institute for Advanced Study in Princeton kennen. 1949 beweist Gödel, dass die Theorie der allgemeinen Relativität aus mathematischer Sicht Reisen in die Vergangenheit zulässt | Foto (oben): Wikiimages; (unten): Archiv Schwarze Löcher versus Wurmlöcher: Wo ist der Unvorüberziehen sehen. Für ihn würde auch die Zeit wie gewohnt vergehen. Anders als in einigen Filmen würden sich nicht die Uhrzeiger an Bord rückwärts drehen. Und trotzdem käme er in seiner eigenen Vergangenheit an.“ Es wäre dann möglich, in die nahe Vergangenheit der Orte zu reisen, an denen wir selbst gelebt haben. Gödel verstärkt den absurden Charakter seiner Theorie damit nur noch. „Dort würde ein solcher Reisender eine Person finden, die er selbst in einem früheren Abschnitt seines Lebens wäre. Nun könnte er dieser Person etwas zufügen, von dem er seiner Erinnerung nach weiß, dass es ihm niemals zugestoßen ist.“ Einfacher ausgedrückt: Wie kann man die Vergangenheit verändern, wenn sie doch bereits geschehen ist? Der Mathematiker hielt an seiner Theorie dennoch fest: Trotz „Widersprüchen“ würden die sogenannten kausalen Paradoxien die „Unmöglichkeit derartiger Welten“ nicht beweisen. Einstein räumte ein, dass ihn der Zeitbegriff im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie bereits bei der Entwicklung beschäftigt hatte, ohne ihn klären zu können. „Die Gödelsche Lösung entspricht nicht der Welt, in der wir leben. Es lässt sich nachweisen, dass unser Universum nicht rotiert“, schildert Supermind Stephen Hawking die Aussichten zum Thema Wurmlöcher und Zeitreisen in seinem populärwissenschaftlichen Werk „Eine kurze Geschichte der Zeit“. Hawking vermerkte übrigens im Vorwort zur überarbeiteten Auflage: „Es ist in etwa 40 Sprachen übersetzt und so oft verkauft worden, dass ungefähr ein Exemplar auf 70 Männer, Frauen und Kinder dieser Welt kommt.“ Zeitreisen durch Verzerrung der Raumzeit Inzwischen hat man im Rah- men der Allgemeinen Relativitätstheorie plausiblere Raumzeiten entdeckt, die das Zeitreisekonstrukt theoretisch ermöglichen. Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass massereiche Körper wie Planeten, Sterne oder Galaxien die Raumzeit verzerren, was wiederum die Bewegung dieser Objekte beeinflusst. Die Raumzeit könnte sich im Extremfall so stark verbiegen, dass sie einen Weg von der Gegenwart zur Vergangenheit schafft. Zeitreisen durch Wurmlöcher Wurmlöcher könnten außerdem einen Tunnel zwischen verschiedenen Regionen der Raumzeit bilden. Sean Caroll vom California Institute of Technology erklärt: „Verbindet man in der allgemeinen Relativitätstheorie zwei verschiedene Regionen des Raums, so verknüpft man zugleich zwei verschiedene Regionen der Zeit.“ Um ein Wurmloch zu erzeugen, benötigt man eine erhebliche Portion negativer Energie. Der Eingang eines dreidimensionalen Wurmlochs führt zu einem vierdimensionalen Tunnel. Die Energie sorgt dafür, dass Eingang und Tunnel offengehalten werden und nicht sofort implodieren. In einer Zeitschleife gefangen Verhindert das Universum Zeitreisen? Bei einer Zeitreise durch ein Wurmloch vermutet Caroll gar folgendes Problem: Würde man es schaffen, das Wurmloch offen zu halten, würden sich hindurchbewegende Teilchen den Weg immer wieder durchlaufen. Die Energie der Teilchen würde über alle Grenzen anwachsen. Ebenso wie Masse deformiert auch Energie die Raumzeit und damit kollabiert das Wurmloch zu einem Schwarzen Loch. Ein echtes Worst- Case-Szenario!
27 terschied? „Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern, die eine natürliche Folge der allgemeinen Relativitätstheorie sind, handelt es sich bei Wurmlöchern um künstliche Konstrukte“, folgert Spektrum der Wissenschaft. Was das zu bedeuten hat? Wurmlöcher sind physikalisch zwar unmöglich, stehen jedoch nicht im Widerspruch zur Allgemeinen Relativitätstheorie! Ist das Universum eine von Göttern geteilte Schachpartie, wie der Physiker Richard Feyman über den Rand unserer Wahrnehmung hinaus postulierte? Die allgemeine Relativitätstheorie ist neben der Quantenmechanik eines der beiden Werkzeuge, das wir bisher haben, um unser Universum zu beschreiben und um zumindest gedankentheoretisch zu klären, ob und inwiefern Zeitreisen möglich sind. Die Antwort auf Feymans Frage würde Einstein in seiner Rolle als Rebell, Einzelkämpfer und Quantenphysik- Kontrahent vielleicht mit der Aussage „Gott würfelt nicht“ negieren. Text: Julia Haaga & Dominik Schele Schwarze Löcher sind physikalisch unmöglich, stehen aber nicht in Widerspruch zur allgemeinen Relaitivitätstheorie. | Bild: Jackie Niam Zeitreisen sind bereits passiert Sergeo Konstantinowitsch Krikaljow hat 803 Tage im Weltraum an Bord der Raumstation Mir verbracht. Mit einer Geschwindigkeit von 27.000 km/h raste er um die Erde. Wie Einstein beweisen konnte, vergeht die Zeit für Objekte in Ruhe schneller als in Bewegung. Krikaljow ist dadurch weniger gealtert als seine Mitmenschen auf der Erde – den 48. Teil einer Sekunde. Krikaljow ist damit eine 48stel Sekunde in die Zukunft gereist (Quelle: Spektrum der Wissenschaft) „Tenet“ – Zeitumkehr im Film Christopher Nolans aktueller Film zeigt unterschiedliche Arten, wie Zeit funktionieren kann. Entropie ist das physikalische Maß für die Unordnung eines Systems. Nolan behandelt in „Tenet“ die als Zeitumkehr-Invarianz bekannte Theorie, dass jeder Prozess auch umgekehrt ablaufen kann. Gedankenexperiment Lichtgeschwindigkeit Verließe ein Astronaut die Erde für einen Rundflug mit 99,995 Prozent der Lichtgeschwindig- keit zum 520 Lichtjahre entfernten Stern Beteigeuze und kehrte ebenso rasant zurück, würde er aus seiner Sicht gerade einmal zehn Jahre benötigen – dem fast lichtschnellen Raumfahrer käme die Strecke durch die hierbei auftretende relativistische Längenkontraktion viel kürzer vor. Aber auf der Erde wären inzwischen mehr als 1.000 Jahre vergangen. (Quelle: Spektrum der Wissenschaft) Albert Einstein aus der Sicht eines Philosophen „Einstein war nicht nur ein großer Naturwissenschaftler, er war auch ein großer Mensch. Er war ein Symbol für Frieden in einer Welt, die auf den Krieg zusteuerte. Er blieb gesund in einer kranken Welt, und er blieb liberal in einer Welt voller Fanatiker.“ - Bertrand Russell (1872-1970), Nobelpreisträger Philosophie Nobelpreis für Physik 2020 schafft Vorhersagen zu Schwarzen Löchern Der Nobelpreis für Physik geht 2020 zur Hälfte an Roger Penrose „für die Entdeckung, dass die Bildung von Schwarzen Lö- chern eine robuste Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie ist“. Die gesamte Masse eines Schwarzen Lochs konzentriert sich in einem einzigen Punkt mit unendlich hoher Dichte und unendlich starkem Gravitationsfeld, einer sogenannten Singularität. Roger Penrose von der University of Oxford suchte nach einer realitätsnäheren Alternative und entwickelte dafür neue mathematische Methoden. Im Januar 1965 konnte Penrose im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie nachweisen, dass sich Singularitäten auch unter realistischen Bedingungen bilden können. Die von Penrose entwickelten mathematischen Werkzeuge trugen dazu bei, die Eigenschaften der gekrümmten Raumzeit mithilfe der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erforschen. Die Entdeckungen des als Sagittarius A* bekannten supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße der diesjährigen Preisträger Reinhard Genzel und Andrea Ghez hat damit neue Wege bei der Erforschung kompakter und supermassereicher Objekte beschritten. WISSEN ZUM MITNEHMEN
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