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Bild des Pferdekopfnebels
© UDE/Tobias Steinpilz

Zeit im All

Die Illusion der Gegenwart

  • von Birte Vierjahn
  • 19.08.2021

Zeit dehnt sich wie ein Gummiband oder vergeht im Fingerschnipsen. Und wir denken: Das ist nur unsere Wahrnehmung, tatsächlich läuft sie immer gleich schnell. Das stimmt – solange wir die Erde nicht verlassen.

„Uninteressante Spezies, völlig unterentwickelt.“ Auf einem Planeten in der Andromeda-Galaxie starrt eine Außerirdische mit allen sieben Augen durch ein Teleskop. Mit ihrem harschen Urteil beschreibt sie die affenartigen Lebewesen, die sie dank ihrer hochentwickelten Technologie beobachten kann; dort, auf einem Planeten 2,5 Millionen Lichtjahre von ihrem entfernt – der Erde. Sie sieht, wie eine Gruppe des Homo habilis mit groben Steinwerkzeugen die Überreste eines Elefanten zerhackt und roh verspeist. Dabei schmoren wir modernen Menschen längst Linsenbraten auf dem Induktionsherd! Wie das?

Im All nehmen die gigantischen Entfernungen, in denen sogar Licht Millionen, ja Milliarden Jahre von einer Galaxie zur anderen braucht, dem Begriff „gleichzeitig“ jeden Sinn. Nichts kann Lichtgeschwindigkeit übertreffen, also kann auch keinerlei Information über mögliche parallele Ereignisse annähernd zeitgleich ankommen. Deshalb können wir auch nicht in unsere eigene Geschichte zurücksehen, wohl aber in die entfernter Objekte. Am weitesten zurück hat bisher das Weltraumteleskop Hubble geblickt: Im Jahr 2016 traf das Licht der Galaxie GN-z11 nach 13,4 Milliarden Jahren Reise auf Hubbles Spiegel. Zum Vergleich: Das Alter unseres Universums ist mit 13,8 Milliarden Jahren berechnet.

„Bis zum Urknall zurückblicken lässt sich so jedoch nicht“, sagt Astrophysik-Professor Gerhard Wurm. „Rein optisch ist der Zeitpunkt die Grenze, an dem das Universum durchsichtig wurde. Vorher gab es noch keine Atome; Protonen und Elektronen waren allein unterwegs, es war eine einzige Teilchensuppe.“ Rund 380.000 Jahre nach dem Urknall ließ die Materie erstmals Licht passieren und wurde damit nach menschlichen Maßstäben sichtbar.

Zeit als reine Erfindung?

Seit Einsteins Relativitätstheorie wird die Zeit als vierte Dimension betrachtet. Die drei anderen – in unserem Alltag oft Höhe, Breite und Tiefe – funktionieren in je zwei Richtungen und erlauben es Libelle und Amsel, frei im Raum umherzufliegen. Die Zeit hingegen lässt kein Hin und Her zu, sie erlaubt nur vorwärts. Ist sie ein rein menschliches Konstrukt, ausgedacht, um Ordnung ins Chaos zu bringen? „Zeit ist eine physikalische Größe, definiert durch periodische Bewegungen wie bei Pendeln oder rotierenden Zeigern“, weiß Wurm. „Gäbe es uns Menschen nicht, würde dennoch Zeit vergehen.“

Schwieriger wird es mit der Gegenwart – zumindest in den Dimensionen, mit denen Wurm sich beschäftigt. Denn großräumig betrachtet ist eine einzige Gegenwart im ganzen Universum nicht anzunehmen. „Für uns auf der Erde ist das kein Ding, wir gelten als Beobachtergruppe mit einem gemeinsamen ‚Jetzt‘.“ Doch es gibt zwei Effekte, die Zeit unterschiedlich schnell vergehen lassen: Geschwindigkeit und Gravitation.

Laut Relativitätstheorie ist das Vergehen der Zeit abhängig davon, wie schnell man sich bewegt. Aber: nur für den Beobachter von außen, nicht für denjenigen, der schnell unterwegs ist. Angenommen, ein Raumschiff würde fast mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, und es wäre möglich, von der Erde aus auf eine Uhr in dessen Instrumentenanzeige zu schauen. Dann bewegten sich die Zeiger der Uhr im All für die Beobachter der Bodenstation langsamer als die der Uhr vor ihnen an der Wand.

Und da war ja noch die Gravitation: Auch sie hat Einfluss; ein starkes Gravitationsfeld lässt die Zeit langsamer vergehen. Bloße Theorie? Allenfalls wichtig für Planetenforscher wie Wurm? Mitnichten! Bei jedem in den Orbit gebrachten Satelliten müssen zwei zeitliche Faktoren miteinander verrechnet werden: seine Geschwindigkeit und die verringerte Erdanziehung in der Umlaufbahn. Nur dann führt uns das Navi im Auto zuverlässig zum Bungalow am Meer – und nicht in die Bucht selbst.

Längere Abkürzung

Wer das Wesen der Zeit mehr als nur oberflächlich verstehen möchte, muss versuchen, außerhalb eigener Erfahrungen und Wahrnehmungen zu denken, muss sich einlassen auf ‚Nehmen wir mal an, dass …‘.

So gibt es im All Wege, die schneller sind als die theoretisch kürzeste Verbindung. „Das liegt an der gekrümmten Raumzeit“, stellt Wurm unser Vorstellungsvermögen auf die Probe. „Wenn Sie auf der Erde auf die andere Seite eines Berges wollen, ist der kürzeste Weg der Tunnel mitten hindurch. Im Universum könnte es dagegen der Weg um den Berg herum sein, weil man die vierte Dimension, die Zeit, mitbedenken muss.“ Und sogar von Abkürzungen durch die Raumzeit ist hier und da in wissenschaftlichen Publikationen die Rede: „In der Mathematik hält man so was für möglich. Aber um Abkürzungen durch die Raumzeit zu erzeugen, benötigen wir wohl Materie, die wir noch nicht kennen.“

Aus einem Über-den-Tellerrand-Schauen ist in den 1980er Jahren die Theorie der Schleifenquantengravitation hervorgegangen: Sie definiert die Raumzeit als eine Art Gewebe, dessen Fäden die Flächen und räumlichen Strukturen nicht nur durchziehen, sondern auch beschreiben. Die Enden der Fäden verbinden sich zu den namensgebenden Schleifen.

In einem All vor unserer Zeit

Diese Theorie verbanden Physiker:innen 2006 mit Einsteins Gleichungen und ließen in ihren Rechnern die Zeit rückwärts laufen, um vor den Urknall zu spähen – wenn schon nicht optisch, dann in der Simulation. Wie vorhergesehen zog sich der Kosmos zunächst wieder zusammen. Doch plötzlich entwickelte sich eine abstoßende Kraft, gerade als das System die kleinstmögliche Größe in der Schleifenquantengravitation erreichte: In der Simulation entstand ein Tunnel in einen Kosmos vor unserer Zeit. Ähnliches wurde sieben Jahre später für Schwarze Löcher veröffentlicht: Könnte ein Mensch das Unmögliche vollbringen und ins Herz eines Schwarzen Loches reisen, fände er dort laut Schleifenquanten-Theorie einen Tunnel zu einem anderen Teil des Raums. Und schon kommandiert Captain Picard im Hinterkopf: ‚Energie!‘“

Vielleicht liegt am Ende dieses Tunnels ja der Planet in der Andromeda-Galaxie, auf dem die Außerirdische noch vor wenigen Minuten Richtung Erde geschaut hat. Vielleicht sitzt sie noch dort und macht sich Notizen. Oder ihre Zivilisation gibt es noch gar nicht. Oder sie ist längst untergegangen. Denn so ist das mit dem Kontakt zu außerirdischem Leben: Es ist nicht nur die Frage, wo mögliche Nachbarn leben – sondern auch, wann.


Zur Person:
Gerhard Wurm ist einer der wenigen Professoren für Astrophysik, der Experimente im Labor durchführt – und im All: 2018 flog ein von seiner Arbeitsgruppe entwickelter Versuch mit zur ISS. Der 54-jährige Experte für Planeten und deren Entstehung forscht und lehrt seit 2009 an der UDE.

im Bild:
Der Pferdekopfnebel, gesehen durch das Teleskop der Arbeitsgruppe Wurm auf dem Duisburger Gebäude MD.
1.500 Jahre hat das Licht vom Nebel dorthin gebraucht.

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