Zeitreise ohne Nebenwirkungen

Wie reist man in die Vergangenheit, ohne aus Versehen die Zukunft zu ändern?

Wer einen der "Zurück in die Zukunft"-Filme gesehen hat, kennt das Problem: Kaum stellt sich der Zeitreisende mal ungeschickt an, löscht er die ein oder andere Existenz. Adieu, Ursache-Wirkungs-Beziehung. Goodbye, Logik im Filmplot - wenn der Zuschauer nur verwirrt genug ist, glaubt er auch die aberwitzigsten Wendungen. Wer hat sich nach dem Verlassen des Kinos nach einem der Zeitreise-Flicks nicht schon mal gedanklich um ein "Aber was wäre, wenn..." im Kreise gedreht?

Nun machen es Filmzuschauer Regisseuren in der Regel deutlich einfacher als die Natur ihren Analysten, den Wissenschaftlern. Ergibt sich im Ergebnis einer Theorie ein Paradoxon, dann ist das kaum mit ein paar schnellen Schnitten zu verstecken. Die Tatsache, dass allein das Erscheinen eines Menschen in der Vergangenheit zu Veränderungen in der Zukunft führen muss, kennt die Forschung als das Großvater-Paradoxon: Wer in der Vergangenheit seinen Opa umbringt, löscht damit die eigene Existenz aus - doch wie soll ein gar nicht existenter Mensch seine Vorfahren beseitigen können?

Das Paradoxon ist allerdings nicht mehr und nicht weniger als ein Bild. Es kommt gar nicht auf die Verwandtschaftsbeziehungen an. Es kommt nicht einmal darauf an, ob ein Mensch in der Zeit reist - schon ein einziges Photon, das zusätzlich in der Vergangenheit auftaucht, kann und muss die Zukunft verändern. Dieses Dilemma allein macht die Existenz von Zeitreisen schon zweifelhaft - wir brauchen gar nicht erst von den schwierigen Begleiterscheinungen zu sprechen, die je nach Theorie zum Beispiel von einem notwendigen Besuch in einem Wurmloch erzählen, um die hier gebogene Raumzeit zu durchstoßen.

Helfen kann uns hierbei womöglich die Quantenmechanik. Ein Physikerteam beschreibt in einem bei arxiv.org Quantum Mechanics veröffentlichten Paper, was dazu nötig ist. Punkt 1 ist dabei die Idee der Postselection, das ist die Fähigkeit eines quantenmechanischen Systems, bei einer Berechnung automatisch nur bestimmte Resultate zuzulassen. Wenn es etwa darum geht, die Werte von ein paar Variablen zu finden, mit denen eine Gleichung erfüllt wird, käme man klassischerweise mit Ausprobieren ans Ziel - unter Umständen ein langwieriger Prozess. Ein Quantencomputer mit der Fähigkeit der Postselection würde die Gleichung mit zufällig gewählten Werten berechnen, die Postselection sorgt anschließend dafür, dass nur Ergebnisse übrig bleiben, bei denen die Gleichung erfüllt ist. Postselection ist bislang ein rein theoretischer Mechanismus, ob er von der Quantenmechanik erlaubt wird, ist noch nicht endgültig entschieden. Gäbe es diesen Mechanismus, würde er Quantencomputer zu sehr mächtigen Werkzeugen machen - gleichzeitig aber auch zu derzeit unmöglich erscheinenden Folgerungen führen (die ja ein Markenzeichen der Quantenphysik sind).

Die Forscher um den für seine Vorstellung vom Universum als Computer bekannten MIT-Physiker Seth Lloyd brauchen aber noch einen zweiten Mechanismus, um eine theoretische Zeitmaschine zu konstruieren. Dabei setzen sie auf so genannte Closed Timelike Curves (CTCs) - Raumzeit-Pfade, die an ihren Ursprung zurückkehren und damit geradezu "Zeitmaschine" rufen. CTCs gehören zu den Folgerungen aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie - Objekte, für die CTC-Eigenschaften nachgewiesen wurden, sind zum Beispiel die allen Science-Fiction-Fans bekannten Wurmlöcher oder auch die Tipler-Zylinder: massive, unendlich lange Zylinder, die sich um ihre Längsachse drehen.

Lloyd und Co. konstruierten nun eine CTC im Quantenreich, indem sie Quanten-Teleportation mit Postselection kombinieren. Bei der Quanten-Teleportation nutzt man das Phänomen der Verschränkung, um Zustände von einem Punkt in der Raumzeit zu einem anderen Punkt zu senden - es handelt sich nicht um eine Klonierung, sondern um eine echte Teleportation, der Ursprungszustand wird hierbei zerstört. Tatsächlich ist das auch schon in der Praxis erprobt (siehe Quantenfluss unter der Donau). Nutzt man nun zusätzlich die Möglichkeit der Postselection, kann man den Prozess umkehren. Dabei wählt man das Selektionskriterium geschickt derart, dass nur selbst-konsistente Zustände übertragen werden, also solche, deren vergangener und gegenwärtiger Zustand quasi zueinander passen. Paradoxa würden ausgeschlossen.

Was in der Mikrowelt wie eine mathematische Spielerei aussieht, hätte in der Makro-Praxis jedoch skurrile Auswirkungen. Eine nach dieser Vorschrift durchgeführte Zeitreise hätte zur Folge, dass sich die Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Ereignisse ändern müssten. Es wäre plötzlich, bildlich gesprochen, unendlich schwer, den Großvater zu erschießen. Vielleicht wären nur Blindgänger im Magazin, vielleicht würde auch eine sehr unwahrscheinliche plötzliche gemeinsame Bewegung aller Teilchen der Kugel in eine gemeinsame Richtung das Projektil an seinem Ziel vorbei lenken. Es würde nichts unmögliches passieren, aber die Zeitreisenden müssten sich auf jede Menge Überraschungen einstellen - die Gilde der Zeitreise-Drehbuchschreiber hat das vermutlich schon immer gewusst.

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