(mikkelwilliam/Getty Images) Haben Sie jemals einen Fehler gemacht, von dem Sie wünschten, Sie könnten ihn rückgängig machen? Die Korrektur vergangener Fehler ist einer der Gründe, warum wir das Konzept der Zeitreise so faszinierend finden. Wie es in der Science-Fiction oft dargestellt wird, ist mit einer Zeitmaschine nichts mehr dauerhaft – man kann jederzeit zurückgehen und es ändern. Aber Sind Zeitreisen in unserem Universum wirklich möglich? , oder ist es nur Science-Fiction?
Unser modernes Verständnis von Zeit und Kausalität stammt aus generelle Relativität . Die Theorie des theoretischen Physikers Albert Einstein verbindet Raum und Zeit zu einer einzigen Einheit – der „Raumzeit“ – und bietet eine bemerkenswert komplexe Erklärung dafür, wie beide funktionieren, und zwar auf einem Niveau, das von keiner anderen etablierten Theorie erreicht wird.
Diese Theorie existiert seit mehr als 100 Jahren und wurde experimentell mit äußerst hoher Präzision verifiziert, sodass Physiker ziemlich sicher sind, dass sie eine genaue Beschreibung der kausalen Struktur unseres Universums liefert.
Seit Jahrzehnten versuchen Physiker, dies zu tun Verwenden Sie die allgemeine Relativitätstheorie, um herauszufinden, ob Zeitreisen möglich sind . Es stellt sich heraus, dass man Gleichungen aufschreiben kann, die Zeitreisen beschreiben und vollständig mit der Relativitätstheorie kompatibel und konsistent sind. Aber Physik ist nicht gleich Mathematik, und Gleichungen sind bedeutungslos, wenn sie mit nichts in der Realität übereinstimmen.
Argumente gegen Zeitreisen
Es gibt zwei Hauptprobleme, die uns glauben lassen, dass diese Gleichungen unrealistisch sein könnten. Das erste Problem ist ein praktisches: Der Bau einer Zeitmaschine scheint erforderlich zu sein exotische Materie , also Materie mit negativer Energie.
Alle Materie, die wir in unserem täglichen Leben sehen, hat positive Energie – Materie mit negativer Energie kann man nicht einfach herumliegen finden. Aus der Quantenmechanik wissen wir, dass solche Materie theoretisch erzeugt werden kann, aber in zu kleinen Mengen und für zu kurze Zeiten .
Es gibt jedoch keinen Beweis dafür, dass es unmöglich ist, exotische Materie in ausreichenden Mengen herzustellen. Darüber hinaus könnten andere Gleichungen entdeckt werden, die Zeitreisen ermöglichen, ohne dass exotische Materie erforderlich ist. Daher könnte dieses Problem lediglich eine Einschränkung unserer aktuellen Technologie oder unseres Verständnisses der Quantenmechanik sein.
Das andere Hauptproblem ist weniger praktisch, aber bedeutsamer: Es ist die Beobachtung, dass Zeitreisen im Widerspruch zur Logik zu stehen scheinen Zeitreise-Paradoxe .
Es gibt verschiedene Arten solcher Paradoxien, die problematischsten sind jedoch Konsistenzparadoxien .
Konsistenzparadoxe, ein beliebtes Motiv in der Science-Fiction, treten immer dann auf, wenn ein bestimmtes Ereignis zu einer Veränderung der Vergangenheit führt, die Veränderung selbst jedoch verhindert, dass dieses Ereignis überhaupt eintritt.
Stellen Sie sich zum Beispiel ein Szenario vor, in dem ich meine Zeitmaschine betrete, damit fünf Minuten in der Zeit zurückreise und die Maschine zerstöre, sobald ich in die Vergangenheit komme. Nachdem ich die Zeitmaschine nun zerstört hatte, wäre es für mich unmöglich, sie fünf Minuten später wieder zu benutzen.
Aber wenn ich die Zeitmaschine nicht benutzen kann, kann ich nicht in die Vergangenheit reisen und sie zerstören. Daher wird es nicht zerstört, sodass ich in die Vergangenheit reisen und es zerstören kann. Mit anderen Worten: Die Zeitmaschine wird genau dann zerstört, wenn sie nicht zerstört wird.
Da es nicht gleichzeitig zerstört und nicht zerstört werden kann, ist dieses Szenario inkonsistent und paradox.
Beseitigung der Paradoxien
In der Science-Fiction gibt es ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Paradoxien „erschaffen“ werden können. Zeitreisende werden in der Regel davor gewarnt, wesentliche Änderungen an der Vergangenheit vorzunehmen und aus genau diesem Grund eine Begegnung mit ihrem früheren Selbst zu vermeiden. Beispiele hierfür finden sich in vielen Zeitreisefilmen, wie z Zurück in die Zukunft Trilogie.
Aber in der Physik ist ein Paradoxon kein Ereignis, das tatsächlich passieren kann – es ist ein rein theoretisches Konzept, das auf eine Inkonsistenz in der Theorie selbst hinweist. Mit anderen Worten: Konsistenzparadoxien implizieren nicht nur, dass Zeitreisen ein gefährliches Unterfangen sind, sie implizieren auch, dass sie einfach nicht möglich sind.
Dies war eine der Motivationen für theoretische Physiker Stephen Hawking seine zu formulieren Chronologieschutzvermutung , die besagt, dass Zeitreisen unmöglich sein sollten. Allerdings ist diese Vermutung bislang unbewiesen.
Darüber hinaus wäre das Universum ein viel interessanterer Ort, wenn wir, anstatt Zeitreisen aufgrund von Paradoxien zu eliminieren, einfach die Paradoxien selbst eliminieren könnten.
Ein Versuch, Zeitreiseparadoxien zu lösen, ist der des theoretischen Physikers Igor Dmitriyevich Novikov Selbstkonsistenzvermutung , was im Wesentlichen besagt, dass man in die Vergangenheit reisen, sie aber nicht ändern kann.
Wenn ich vor fünf Minuten versuchen würde, meine Zeitmaschine zu zerstören, würde ich laut Novikov feststellen, dass dies unmöglich ist. Die Gesetze der Physik würden sich irgendwie verschwören, um die Konsistenz zu wahren.
Einführung in mehrere Geschichten
Aber welchen Sinn hat es, in die Vergangenheit zu reisen, wenn man die Vergangenheit nicht ändern kann? Meine jüngste Arbeit zusammen mit meinen Studenten Jacob Hauser und Jared Wogan zeigt, dass es Zeitreiseparadoxe gibt, die Novikovs Vermutung nicht lösen kann. Damit sind wir wieder am Anfang, denn wenn auch nur ein einziges Paradoxon nicht beseitigt werden kann, bleiben Zeitreisen logischerweise unmöglich.
Ist das also der letzte Nagel im Sarg der Zeitreise? Nicht ganz. Wir haben gezeigt, dass wir das berücksichtigen mehrere Geschichten (oder in bekannteren Worten: parallele Zeitlinien) können die Paradoxien lösen, die Novikovs Vermutung nicht lösen kann. Tatsächlich kann es jedes Paradoxon lösen, das Sie ihm vorwerfen.
Die Idee ist sehr einfach. Wenn ich die Zeitmaschine verlasse, betrete ich eine andere Zeitleiste. In dieser Zeitleiste kann ich tun und lassen, was ich will, einschließlich der Zerstörung der Zeitmaschine, ohne etwas an der ursprünglichen Zeitleiste zu ändern, aus der ich komme.
Da ich die Zeitmaschine in der ursprünglichen Zeitleiste, mit der ich tatsächlich in die Vergangenheit gereist bin, nicht zerstören kann, gibt es kein Paradoxon.
Nachdem ich die letzten drei Jahre an Zeitreiseparadoxien gearbeitet habe Ich bin zunehmend davon überzeugt, dass Zeitreisen möglich sein könnten, aber nur, wenn unser Universum die Koexistenz mehrerer Geschichten zulassen kann. Also, kann es?
Die Quantenmechanik scheint dies sicherlich zu implizieren, zumindest wenn man Everetts Theorie unterschreibt „Viele-Welten“-Interpretation , wobei eine Historie in mehrere Historien „aufgeteilt“ werden kann, eine für jedes mögliche Messergebnis – zum Beispiel ob Schrödingers Katze ob ich lebe oder tot bin oder ob ich in der Vergangenheit angekommen bin oder nicht.
Aber das sind nur Spekulationen. Meine Studenten und ich arbeiten derzeit daran, eine konkrete Theorie der Zeitreise mit mehreren Geschichten zu finden, die vollständig kompatibel ist generelle Relativität . Selbst wenn es uns gelingt, eine solche Theorie zu finden, würde dies natürlich nicht ausreichen, um zu beweisen, dass Zeitreisen möglich sind, aber es würde zumindest bedeuten, dass Zeitreisen nicht durch Konsistenzparadoxien ausgeschlossen sind.
Zeitreisen und parallele Zeitlinien gehen in der Science-Fiction fast immer Hand in Hand, aber jetzt haben wir den Beweis, dass sie auch in der echten Wissenschaft Hand in Hand gehen müssen. Die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik sagen uns, dass Zeitreisen möglich sein könnten, aber wenn ja, dann müssen auch mehrere Geschichten möglich sein. 
Barak Shoshany , Assistenzprofessor, Physik, Brock-Universität .
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