Ausbruch aus der Zeitschleife

 Gammablitze gehören zu den extremsten Ereignissen im All: Sie könnten die Frage klären helfen, ob Zeitreisen möglich sind. Foto: Andrew Fruchter (STScI) and NASA
Gammablitze gehören zu den extremsten Ereignissen im All: Sie könnten die Frage klären helfen, ob Zeitreisen möglich sind. Foto: Andrew Fruchter (STScI) and NASA
Im Film "Und täglich grüßt das Murmeltier" entkommt der Zyniker Phil Connors alias Bill Murray einer Zeitschleife, indem er sich zu einem besseren Menschen wandelt. Ob Zeitschleifen, innerhalb derer sich die Zeit im Kreis dreht, in unserem Universum tatsächlich existieren, ist bis heute unter Physikern umstritten. Das britische Wissenschaftsmagazin New Scientist berichtet jetzt von der Theorie eines italienischen Physikers, die in Zukunft zur Klärung dieser Frage beitragen könnte. Fernando de Felice von der Universität Padua argumentiert, dass die gewaltigen Gammablitze, die Astronomen seit den sechziger Jahren im All beobachten und für deren Entstehung eine abschließende Erklärung fehlt, von gemäßigt starken Gammastrahlen erzeugt werden könnten, die in eine Zeitschleife hineingeraten sind. Anders als im Murmeltierfilm bestimmen jedoch die physikalischen Bedingungen den Austritt aus der Zeitschleife. Wie de Felice durchgerechnet hat, würde die über viele Millionen Jahre kontinuierlich in die Zeitschleife einfallende Strahlung sie zu einem einzigen Zeitpunkt verlassen und dadurch einen gigantischen Blitz erzeugen.
Gemäß Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie können Zeitschleifen existieren. Trotzdem bereiten sie den meisten Physikern arge Bauchschmerzen. Denn Zeitschleifen machen Reisen in die Vergangenheit möglich und stellen damit das Kausalitätsprinzip in Frage, wonach eine Wirkung nie vor seiner Ursache eintreten kann. Die damit verbundenen Probleme zeigt das Großvaterparadoxon auf: Ein Zeitreisender reist in die Vergangenheit und tötet seinen eigenen Großvater. Folglich werden weder sein Vater noch er selbst geboren werden. Und folglich kann er auch nicht in die Vergangenheit reisen und seinen Großvater töten. Diesem logischen Paradoxon kann man nur durch Zusatzannahmen entgehen, beispielsweise der, dass bei jeder Zeitreise ein zusätzlicher Zeitstrang geschaffen wird, der mit dem bereits vorhandenen in keinerlei Wechselwirkung tritt.

Das Großvaterparadoxon ist zwar ein Argument, aber mitnichten ein Beweis gegen die Existenz von Zeitschleifen. Fernando de Felice hat jetzt den Spieß umgedreht. Er versucht nicht, die Existenz von Zeitschleifen zu widerlegen, sondern er fragt, ob Zeitschleifen im Universum Auswirkungen haben könnten, die prinzipiell von Astronomen beobachtet werden können. Doch dafür muss sich de Felice zuvor an ein zweites "heißes Eisen" heranwagen, nämlich an eine so genannte "nackte Singularität".

Eine Singularität ist in der Kosmologie ein Punkt, an dem Materie unendlich dicht wird. Wenn eine physikalische Größe unendlich wird, ist dies in der Regel das "Aus" für jede weitere physikalisch sinnvolle Aussage. An einem unendlich dichten Punkt enden die physikalischen Gesetze. Zum Glück scheinen Singularitäten jedoch nie "nackt" zu sein. Ein unendlich dichter Punkt bildet sich beispielsweise, wenn ein genügend massiver Stern am Ende seiner Lebensdauer unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert. Doch normalerweise endet dieser Kollaps mit der Bildung eines Schwarzen Lochs, das immer von einem so genannten Ereignishorizont umgeben ist. Dieser Horizont schirmt die Außenwelt vor dem Inneren des Schwarzen Lochs ab. Damit bleibt uns die Singularität im Inneren des Schwarzen Lochs verborgen und in unserem Außenuniversum ist kein Zusammenbruch der physikalischen Gesetze feststellbar.

Doch mit den nackten Singularitäten verhält es sich ähnlich wie mit den Zeitschleifen. Vielen Physikern wäre es am liebsten, wenn sie nicht existieren würden, aber dafür gibt es ebenfalls keinen Beweis. Im Gegenteil deuten neuere Berechnungen darauf hin, dass ein rotierendes Schwarzes Loch seinen Ereignishorizont verlieren kann, wodurch seine Singularität nackt würde. Wenn der kollabierte Stern etwa 100 Millionen bis eine Milliarde mal schwerer war als unsere Sonne, dann wäre de Felices Berechnungen zufolge die Singularität dazu in der Lage, die sie umgebende Raumzeit so stark zu krümmen, dass eine Zeitschleife entsteht. Und da die Singularität nackt ist, blieben diese Zeitschleife und ihre Auswirkungen uns nicht verborgen.

De Felice nimmt nun an, dass die nackte Singularität von einer Materiescheibe umgeben ist, deren Materie sie sich nach und nach mit ihrer Schwerkraft einverleibt. Dabei entsteht Gammastrahlung. Der dazu führende Mechanismus ist der gleiche wie bei einem Quasar, nur mit dem Unterschied, dass sich im Zentrum einer Quasargalaxie ein "angezogenes" Schwarzes Loch mit einer Materiescheibe befindet. Die Materie kann wegen der Drehung der Galaxie nicht direkt ins Schwarze Loch fallen, sondern sammelt sich aufgrund des Drehimpulserhaltungssatzes zunächst in der Materiescheibe an. Reibung innerhalb der Scheibe sorgt dann für ein Aufheizen der Materie und für die Emission von Gammastrahlung.

Ein gemäßigt starker Quasar erreicht in etwa die Strahlungsleistung von zehn Millionen Sonnen. Die gleiche Leistung nimmt de Felice für die Gammastrahlung der nackten Singularität an. Davon würden seiner Schätzung zufolge etwa ein Prozent in die Zeitschleife geraten. Bei einer Lebensdauer der nackten Singularität von einer Milliarde Jahren würde dann insgesamt eine Strahlung mit einer Energie von etwa 10 hoch 41 (eine 1 mit 41 Nullen) Kilowattstunden in die Zeitschleife einfallen. Innerhalb der Schleife begibt sich diese Strahlung auf eine Reise in die Vergangenheit – solange, bis sie den "Boden" der Zeitschleife erreicht, nämlich den Zeitpunkt, zu dem die Singularität und damit die Zeitschleife entstanden sind. Hier muss die Strahlung de Felices Berechnungen zufolge die Schleife verlassen. Für uns, die wir das Geschehen von außerhalb der Zeitschleife beobachten, ist dies für die gesamte Strahlung ein und derselbe Zeitpunkt. Die gesamte, innerhalb von Millionen von Jahren in die Schleife eingetretene Energie verlässt sie also geballt innerhalb von wenigen Sekunden und erscheint deshalb als gewaltiger Gammablitz.

So weit ist de Felices Theorie zwar schlüssig und kann die beobachteten Energien der Gammablitze erklären. Doch das können einige Alternativtheorien auch, wie beispielsweise die Annahmen, die Gammablitze würden durch das Verschmelzen zweier Neutronensterne oder durch gewaltige Supernova-Explosionen erzeugt. So räumt de Felice am Ende seiner Originalveröffentlichung denn auch ein: "Das Überleben meiner vorgetragenen Vermutung wird davon abhängen, ob sie prinzipiell durch Beobachtungen widerlegbar sein wird. Das ist jedoch eine Herausforderung für die Zukunft."
Zeeya Merali: Time Travel, and how to Achieve it, New Scientist, 27 October 2007

Fernando de Felice: Naked Singularities, Cosmic Time Machines and Impulsive Events, arXiv:0710.0983v1 [gr-qc]

Axel Tillemans


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