Zeitreise - Time travel
Zeitreisen ist das Konzept der Bewegung zwischen bestimmten Zeitpunkten , analog zur Bewegung zwischen verschiedenen Punkten im Raum durch ein Objekt oder eine Person, typischerweise unter Verwendung eines hypothetischen Geräts, das als Zeitmaschine bekannt ist . Zeitreisen sind ein weithin anerkanntes Konzept in Philosophie und Belletristik , insbesondere in der Science-Fiction . Die Idee einer Zeitmaschine wurde durch HG Wells ' 1895 erschienener Roman The Time Machine populär gemacht .
Es ist ungewiss, ob Zeitreisen in die Vergangenheit physikalisch möglich sind. Zeitreisen nach vorne, außerhalb des üblichen Zeitempfindens , sind ein ausgiebig beobachtetes Phänomen und im Rahmen der Speziellen Relativitätstheorie und Allgemeinen Relativitätstheorie gut verstanden . Jedoch ist es mit der gegenwärtigen Technologie nicht möglich, einen Körper im Vergleich zu einem anderen Körper um mehr als einige Millisekunden vorzurücken oder zu verzögern. Was Zeitreisen in Rückwärtsrichtung angeht, ist es möglich, in der Allgemeinen Relativitätstheorie Lösungen zu finden , die dies ermöglichen, wie zum Beispiel ein rotierendes Schwarzes Loch . Das Reisen zu einem beliebigen Punkt in der Raumzeit hat in der theoretischen Physik nur sehr begrenzte Unterstützung und ist normalerweise nur mit Quantenmechanik oder Wurmlöchern verbunden .
Geschichte des Zeitreisekonzepts
Einige alte Mythen beschreiben einen Charakter, der in der Zeit vorwärts springt . In der hinduistischen Mythologie erwähnt der Mahabharata die Geschichte von König Raivata Kakudmi , der in den Himmel reist, um den Schöpfer Brahma zu treffen und überrascht ist, zu erfahren, dass viele Zeitalter vergangen sind, als er auf die Erde zurückkehrt. Der buddhistische Pāli-Kanon erwähnt die Relativität der Zeit. Das Payasi Sutta erzählt von einem der Hauptschüler des Buddha , Kumara Kassapa , der dem Skeptiker Payasi erklärt, dass die Zeit im Himmel anders vergeht als auf der Erde. Die japanische Sage von „ Urashima Tarō “, die erstmals im Manyoshu beschrieben wurde, erzählt von einem jungen Fischer namens Urashima-no-ko (浦嶋子), der einen Unterwasserpalast besucht. Nach drei Tagen kehrt er in sein Dorf zurück und findet sich 300 Jahre in der Zukunft wieder, wo er vergessen wurde, sein Haus in Trümmern liegt und seine Familie gestorben ist. In der jüdischen Tradition soll der Gelehrte Honi ha-M'agel aus dem 1. Jahrhundert v. Chr. Siebzig Jahre lang eingeschlafen und geschlafen haben. Als er aufwachte, kehrte er nach Hause zurück, fand aber keinen der Leute, die er kannte, und niemand glaubte seinen Behauptungen, wer er war.
Wechsel zu Science-Fiction
Frühe Science-Fiction-Geschichten zeigen Charaktere, die jahrelang schlafen und in einer veränderten Gesellschaft aufwachen oder mit übernatürlichen Mitteln in die Vergangenheit transportiert werden. Unter ihnen L'An 2440, rêve s'il en fût jamais ( The Year 2440: A Dream If Ever There Was One , 1770) von Louis-Sébastien Mercier , Rip Van Winkle (1819) von Washington Irving , Blick zurück (1888) von Edward Bellamy und Wenn der Schläfer erwacht (1899) von HG Wells. Längerer Schlaf, wie die später bekanntere Zeitmaschine , wird in diesen Geschichten als Mittel der Zeitreise verwendet.
Die früheste Arbeit über Zeitreisen in die Vergangenheit ist ungewiss. Der chinesische Roman Supplement to the Journey to the West (ca. 1640) von Dong Yue enthält magische Spiegel und Jadetore, die verschiedene Zeitpunkte verbinden. Der Protagonist Sun Wukong reist zurück in die "Welt der Alten" ( Qin-Dynastie ), um eine magische Glocke zu bergen und reist dann weiter in die "Welt der Zukunft" ( Song-Dynastie ), um einen im Exil verbannten Kaiser zu finden Zeit. Die Zeitreise findet jedoch in einer illusorischen Traumwelt statt, die der Bösewicht geschaffen hat, um ihn einzufangen und abzulenken. Samuel Madden ‚s Erinnerungen des zwanzigsten Jahrhunderts (1733) ist eine Reihe von Briefen von britischen Botschafter in den Jahren 1997 und 1998 auf Diplomaten in der Vergangenheit, die politischen und religiösen Bedingungen der Zukunft zu vermitteln. Da der Erzähler diese Briefe von seinem Schutzengel erhält , schlägt Paul Alkon in seinem Buch Origins of Futuristic Fiction vor, dass "der erste Zeitreisende in der englischen Literatur ein Schutzengel ist". Madden erklärt nicht, wie der Engel an diese Dokumente gelangt, aber Alkon behauptet, dass Madden "die Anerkennung verdient als der Erste, der mit der reichen Idee der Zeitreise in Form eines Artefakts spielt, das aus der Zukunft zurückgeschickt wird, um in der Gegenwart entdeckt zu werden". . In der Science-Fiction-Anthologie Far Boundaries (1951) behauptet der Herausgeber August Derleth , dass eine frühe Kurzgeschichte über Zeitreisen Missing One's Coach: An Anachronism ist , die 1838 von einem anonymen Autor für das Dublin Literary Magazine geschrieben wurde Baum für eine Kutsche , um ihn aus Newcastle upon Tyne herauszubringen , wird er über tausend Jahre in die Vergangenheit zurückversetzt. In einem Kloster begegnet er dem Ehrwürdigen Beda und erklärt ihm die Entwicklungen der kommenden Jahrhunderte. Die Geschichte macht jedoch nie klar, ob diese Ereignisse real oder ein Traum sind. Ein weiteres frühes Werk über Zeitreisen ist The Forebears of Kalimeros: Alexander, son of Philip of Macedon von Alexander Veltman, das 1836 veröffentlicht wurde.
Charles Dickens ' A Christmas Carol (1843) zeigt frühe Darstellungen mystischer Zeitreisen in beide Richtungen, während der Protagonist Ebenezer Scrooge in die Vergangenheit und Zukunft von Weihnachten versetzt wird. Andere Geschichten verwenden die gleiche Vorlage, in der ein Charakter natürlich einschläft und sich beim Aufwachen in einer anderen Zeit wiederfindet. Ein deutlicheres Beispiel für Zeitreisen in die Vergangenheit findet sich in dem populären 1861 erschienenen Buch Paris avant les hommes ( Paris vor den Menschen ) des französischen Botanikers und Geologen Pierre Boitard , das posthum veröffentlicht wurde. In dieser Geschichte wird der Protagonist durch die Magie eines "lahmen Dämons" (ein französisches Wortspiel mit Boitards Namen) in die prähistorische Vergangenheit versetzt, wo er auf einen Plesiosaurier und einen affenähnlichen Vorfahren trifft und mit uralten Kreaturen interagieren kann. Edward Everett Hales "Hands Off" (1881) erzählt die Geschichte eines namenlosen Wesens, möglicherweise die Seele eines kürzlich verstorbenen Menschen, das in die altägyptische Geschichte eingreift, indem es Josephs Versklavung verhindert. Dies war möglicherweise die erste Geschichte mit einer alternativen Geschichte, die als Ergebnis von Zeitreisen entstanden ist.
Maschinen der frühen Zeit
Eine der ersten Geschichten, die Zeitreisen mit einer Maschine zeigt, ist " The Clock that Went Backward " von Edward Page Mitchell , die 1881 in der New York Sun erschien . Der Mechanismus grenzt jedoch an Fantasie. Eine ungewöhnliche Uhr läuft beim Aufziehen rückwärts und versetzt Menschen in der Nähe in die Vergangenheit. Der Autor erklärt weder den Ursprung noch die Eigenschaften der Uhr. Enrique Gaspar y Rimbau ‚s El Anacronópete (1887) kann die erste Geschichte haben ein Schiff Reise durch die Zeit entwickelt , um Funktion. Andrew Sawyer hat kommentiert, dass die Geschichte "die bisher erste literarische Beschreibung einer Zeitmaschine zu sein scheint", fügte hinzu, dass "Edward Page Mitchells Geschichte ' The Clock That Went Backward ' (1881) normalerweise als das erste Mal beschrieben wird- Maschinengeschichte, aber ich bin mir nicht sicher, ob eine Uhr wirklich zählt". HG Wells ' The Time Machine (1895) machte das Konzept der Zeitreise mit mechanischen Mitteln populär.
Zeitreise in der Physik
Einige Theorien, insbesondere die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie , legen nahe, dass geeignete Geometrien der Raumzeit oder bestimmte Bewegungsarten im Raum Zeitreisen in die Vergangenheit und Zukunft ermöglichen könnten, wenn diese Geometrien oder Bewegungen möglich wären. In Fachartikeln diskutieren Physiker die Möglichkeit geschlossener zeitähnlicher Kurven , bei denen es sich um Weltlinien handelt , die in der Raumzeit geschlossene Schleifen bilden, die es Objekten ermöglichen, in ihre eigene Vergangenheit zurückzukehren. Es ist bekannt, dass es Lösungen für die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt, die Raumzeiten beschreiben, die geschlossene zeitähnliche Kurven enthalten, wie die Gödel-Raumzeit , aber die physikalische Plausibilität dieser Lösungen ist ungewiss.
Viele in der wissenschaftlichen Gemeinschaft glauben, dass Zeitreisen in die Vergangenheit höchst unwahrscheinlich sind. Jede Theorie, die Zeitreisen erlaubt, würde potenzielle Kausalitätsprobleme mit sich bringen . Das klassische Beispiel für ein Kausalitätsproblem ist das „ Großvater-Paradoxon “: Was wäre, wenn man in der Zeit zurückreisen und den eigenen Großvater töten würde, bevor der Vater gezeugt wurde? Einige Physiker wie Novikov und Deutsch schlugen vor, dass diese Art von zeitlichen Paradoxien durch das Novikov-Selbstkonsistenzprinzip oder eine Variation der Viele-Welten-Interpretation mit interagierenden Welten vermieden werden können .
Generelle Relativität
Zeitreisen in die Vergangenheit sind theoretisch in bestimmten Raum-Zeit-Geometrien der Allgemeinen Relativitätstheorie möglich, die es ermöglichen, schneller als die Lichtgeschwindigkeit zu reisen , wie etwa kosmische Stränge , durchquerbare Wurmlöcher und Alcubierre-Antriebe . Die Allgemeine Relativitätstheorie legt eine wissenschaftliche Grundlage für die Möglichkeit einer Rückwärtszeitreise in bestimmten ungewöhnlichen Szenarien nahe, obwohl Argumente der semiklassischen Gravitation nahelegen, dass diese Schlupflöcher geschlossen werden können , wenn Quanteneffekte in die Allgemeine Relativitätstheorie integriert werden. Diese semiklassischen Argumente führten Stephen Hawking dazu, die Chronologie-Schutz-Vermutung zu formulieren , die darauf hindeutet, dass die fundamentalen Naturgesetze Zeitreisen verhindern, aber Physiker können zu diesem Thema nicht zu einem definitiven Urteil kommen, ohne eine Theorie der Quantengravitation , die Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie zu einem völlig einheitliche Theorie.
Unterschiedliche Raumzeitgeometrien
Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt das Universum unter einem System von Feldgleichungen , die die Metrik oder Distanzfunktion der Raumzeit bestimmen . Es gibt exakte Lösungen für diese Gleichungen, die geschlossene zeitähnliche Kurven enthalten , die Weltlinien sind , die sich selbst schneiden; Irgendein Punkt in der kausalen Zukunft der Weltlinie liegt auch in ihrer kausalen Vergangenheit, eine Situation, die als Zeitreise beschrieben werden kann. Eine solche Lösung wurde zuerst von Kurt Gödel vorgeschlagen , eine Lösung, die als Gödel-Metrik bekannt ist , aber seine (und andere) Lösung erfordert, dass das Universum physikalische Eigenschaften hat, die es nicht zu haben scheint, wie Rotation und fehlende Hubble-Expansion . Ob die Allgemeine Relativitätstheorie geschlossene zeitähnliche Kurven für alle realistischen Bedingungen verbietet, wird noch erforscht.
Wurmlöcher
Wurmlöcher sind eine hypothetische verzerrte Raumzeit, die von den Einstein-Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zugelassen wird. Eine vorgeschlagene Zeitreisemaschine, die ein durchquerbares Wurmloch verwendet, würde hypothetisch folgendermaßen funktionieren: Ein Ende des Wurmlochs wird auf einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, vielleicht mit einem fortschrittlichen Antriebssystem , und dann wieder auf den Punkt Ursprung. Alternativ besteht eine andere Möglichkeit darin, einen Eingang des Wurmlochs zu nehmen und ihn innerhalb des Gravitationsfeldes eines Objekts zu bewegen, das eine höhere Schwerkraft als der andere Eingang hat, und es dann an eine Position in der Nähe des anderen Eingangs zurückzubringen. Bei beiden Methoden führt die Zeitdilatation dazu, dass das Ende des Wurmlochs, das bewegt wurde, weniger gealtert ist oder "jünger" wird als das stationäre Ende, wie es von einem externen Beobachter gesehen wird; Die Zeit verbindet sich jedoch durch das Wurmloch anders als außerhalb , so dass synchronisierte Uhren an beiden Enden des Wurmlochs immer synchronisiert bleiben, wie sie von einem durch das Wurmloch gehenden Beobachter gesehen werden, egal wie sich die beiden Enden bewegen. Dies bedeutet, dass ein Beobachter, der das "jüngere" Ende betritt, das "ältere" Ende zu einem Zeitpunkt verlassen würde, als es das gleiche Alter wie das "jüngere" Ende hatte, was effektiv in der Zeit zurückgeht, wie sie von einem Beobachter von außen gesehen wird. Eine wesentliche Einschränkung einer solchen Zeitmaschine besteht darin, dass man nur so weit in die Vergangenheit zurückgehen kann, wie sie ursprünglich erstellt wurde; im Wesentlichen ist es eher ein Weg durch die Zeit als ein Gerät, das sich selbst durch die Zeit bewegt, und es würde nicht zulassen, dass die Technologie selbst in der Zeit rückwärts bewegt wird.
Nach aktuellen Theorien über die Natur von Wurmlöchern würde der Bau eines durchquerbaren Wurmlochs die Existenz einer Substanz mit negativer Energie erfordern, die oft als „ exotische Materie “ bezeichnet wird. Technisch gesehen erfordert die Raumzeit des Wurmlochs eine Energieverteilung, die verschiedene Energiebedingungen verletzt , wie die Nullenergiebedingung zusammen mit den schwachen, starken und dominanten Energiebedingungen. Es ist jedoch bekannt, dass Quanteneffekte zu kleinen messbaren Verletzungen der Nullenergiebedingung führen können, und viele Physiker glauben, dass die erforderliche negative Energie aufgrund des Casimir-Effekts in der Quantenphysik tatsächlich möglich sein könnte . Obwohl frühe Berechnungen nahelegten, dass eine sehr große Menge an negativer Energie erforderlich wäre, zeigten spätere Berechnungen, dass die Menge an negativer Energie beliebig klein gemacht werden kann.
Im Jahr 1993 argumentierte Matt Visser , dass die beiden Mündungen eines Wurmlochs mit einer solchen induzierten Taktdifferenz nicht zusammengebracht werden könnten, ohne Quantenfeld- und Gravitationseffekte zu induzieren, die entweder das Wurmloch zum Kollaps bringen oder die beiden Münder sich gegenseitig abstoßen würden. Aus diesem Grund konnten die beiden Münder nicht nahe genug herangebracht werden , um eine Kausalitätsverletzung zu erleiden. In einer Arbeit von 1997 stellte Visser jedoch die Hypothese auf, dass eine komplexe " römische Ring "-Konfiguration (benannt nach Tom Roman) aus einer Anzahl N von Wurmlöchern, die in einem symmetrischen Polygon angeordnet sind, immer noch als Zeitmaschine fungieren könnte, obwohl er zu dem Schluss kommt, dass dies wahrscheinlicher ist eher ein Fehler in der klassischen Quantengravitationstheorie als ein Beweis dafür, dass eine Kausalitätsverletzung möglich ist.
Andere Ansätze basierend auf der Allgemeinen Relativitätstheorie
Ein anderer Ansatz beinhaltet einen dicht drehenden Zylinder, der normalerweise als Tipler-Zylinder bezeichnet wird , eine GR-Lösung, die 1936 von Willem Jacob van Stockum und 1924 von Kornel Lanczos entdeckt wurde, aber bis zu einer Analyse von Frank Tipler im Jahr 1974 nicht als geschlossene zeitähnliche Kurven zugelassen wurde ein Zylinder unendlich lang ist und sich schnell genug um seine Längsachse dreht, dann könnte ein Raumschiff, das auf einer spiralförmigen Bahn um den Zylinder fliegt, in der Zeit zurück (oder vorwärts, je nach Richtung seiner Spirale) reisen. Die erforderliche Dichte und Geschwindigkeit ist jedoch so groß, dass gewöhnliche Materie nicht stark genug ist, um sie aufzubauen. Ein ähnliches Gerät könnte aus einer kosmischen Kette gebaut werden , aber es ist keine bekannt, und es scheint nicht möglich zu sein, eine neue kosmische Kette zu erstellen. Der Physiker Ronald Mallett versucht mit Ringlasern die Bedingungen eines rotierenden Schwarzen Lochs nachzubilden, um die Raumzeit zu biegen und Zeitreisen zu ermöglichen.
Ein grundlegenderer Einwand gegen Zeitreiseschemata, die auf rotierenden Zylindern oder kosmischen Strings basieren, wurde von Stephen Hawking vorgebracht, der einen Satz bewies, der zeigt, dass es gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie unmöglich ist, eine Zeitmaschine eines besonderen Typs (eine "Zeitmaschine mit dem kompakt erzeugten Cauchy-Horizont") in einer Region, in der die schwache Energiebedingung erfüllt ist, d. h. die Region enthält keine Materie mit negativer Energiedichte ( exotische Materie ). Lösungen wie die von Tipler gehen von Zylindern unendlicher Länge aus, die mathematisch einfacher zu analysieren sind, und obwohl Tipler vorschlug, dass ein endlicher Zylinder geschlossene zeitähnliche Kurven erzeugen könnte, wenn die Rotationsrate schnell genug wäre, konnte er dies nicht beweisen. Aber Hawking weist darauf hin, dass aufgrund seines Theorems "das nicht überall mit positiver Energiedichte möglich ist! Ich kann beweisen, dass man negative Energie braucht, um eine endliche Zeitmaschine zu bauen." Dieses Ergebnis stammt aus Hawkings 1992 erschienener Arbeit über die Chronologieschutzvermutung , in der er "den Fall untersucht, dass die Kausalitätsverletzungen in einem endlichen Bereich der Raumzeit ohne Krümmungssingularitäten auftreten" und beweist, dass "es einen Cauchy-Horizont geben wird, der kompakt erzeugt wird und dass enthält im Allgemeinen eine oder mehrere geschlossene Null-Geodäten, die unvollständig sind. Man kann geometrische Größen definieren, die den Lorentz-Boost und die Flächenzunahme beim Umrunden dieser geschlossenen Null-Geodäten messen Bedingung muss am Cauchy-Horizont verletzt werden." Dieser Satz schließt nicht die Möglichkeit von Zeitreisen mit Zeitmaschinen mit den nicht kompakt erzeugten Cauchy-Horizonten (wie der Deutsch-Politzer-Zeitmaschine) oder in Regionen mit exotischer Materie aus, die für durchquerbare Wurmlöcher genutzt würden oder der Alcubierre-Antrieb und das Schwarze Loch .
Quantenphysik
Theorem ohne Kommunikation
Wenn ein Signal von einem Ort gesendet und an einem anderen Ort empfangen wird, dann zeigt die Mathematik der Gleichzeitigkeit in der Relativitätstheorie, dass alle Bezugssysteme übereinstimmen, dass das Transmissionsereignis geschah vor der Empfangsveranstaltung. Wenn sich das Signal schneller als das Licht ausbreitet, wird es in allen Referenzbildern vor dem Senden empfangen . Man könnte sagen, dass sich das Signal in der Zeit rückwärts bewegt hat. Dieses hypothetische Szenario wird manchmal als tachyonisches Gegensprechgerät bezeichnet .
Quantenmechanische Phänomene wie die Quantenteleportation , das EPR-Paradoxon oder die Quantenverschränkung könnten einen Mechanismus schaffen, der schnellere als Licht (FTL)-Kommunikation oder Zeitreisen ermöglicht, und tatsächlich einige Interpretationen der Quantenmechanik wie die Bohm Interpretationen gehen davon aus, dass einige Informationen augenblicklich zwischen Partikeln ausgetauscht werden, um Korrelationen zwischen Partikeln aufrechtzuerhalten. Dieser Effekt wurde von Einstein als „ spukhafte Fernwirkung “ bezeichnet.
Die Tatsache, dass die Kausalität in der Quantenmechanik erhalten bleibt, ist jedoch ein rigoroses Ergebnis moderner Quantenfeldtheorien , und daher erlauben moderne Theorien keine Zeitreisen oder FTL-Kommunikation . In jedem konkreten Fall, in dem FTL geltend gemacht wurde, hat eine genauere Analyse ergeben, dass auch eine Form der klassischen Kommunikation verwendet werden muss, um ein Signal zu erhalten. Das No-Communication-Theorem liefert auch einen allgemeinen Beweis dafür, dass Quantenverschränkung nicht verwendet werden kann, um Informationen schneller als klassische Signale zu übertragen.
Interagierende Viele-Welten-Interpretation
Eine Variation von Hugh Everett ‚s Viele-Welten - Interpretation (MWI) der Quantenmechanik stellt den Großvater Paradoxon eine Auflösung, den Zeitreis Ankunft in einem anderen Universum als der , aus denen sie kamen beinhaltet; Es wurde argumentiert, dass dies keine "echte" Zeitreise ist, da der Reisende in die Geschichte eines anderen Universums und nicht in seine eigene Geschichte gelangt. Die akzeptierte Viele-Welten-Interpretation legt nahe, dass alle möglichen Quantenereignisse in sich gegenseitig ausschließenden Geschichten auftreten können. Einige Variationen ermöglichen jedoch die Interaktion verschiedener Universen. Dieses Konzept wird am häufigsten in der Science-Fiction verwendet, aber einige Physiker wie David Deutsch haben vorgeschlagen, dass ein Zeitreisender in einer anderen Geschichte enden sollte als der, von der er ausgegangen ist. Auf der anderen Seite hat Stephen Hawking argumentiert, dass wir, selbst wenn das MWI korrekt ist, erwarten sollten, dass jeder Zeitreisende eine einzige in sich konsistente Geschichte erlebt, sodass Zeitreisende in ihrer eigenen Welt bleiben, anstatt in eine andere zu reisen. Der Physiker Allen Everett argumentierte, dass Deutschs Ansatz "die Modifikation grundlegender Prinzipien der Quantenmechanik beinhaltet; er geht sicherlich über die einfache Übernahme des MWI hinaus". Everett argumentiert auch, dass selbst wenn Deutschs Ansatz richtig ist, dies bedeuten würde, dass jedes makroskopische Objekt, das aus mehreren Partikeln besteht, bei einer Zeitreise durch ein Wurmloch in die Vergangenheit gespalten würde, wobei verschiedene Partikel in verschiedenen Welten auftauchen.
Experimentelle Ergebnisse
Bestimmte durchgeführte Experimente erwecken den Eindruck einer umgekehrten Kausalität , können dies aber bei näherer Betrachtung nicht zeigen.
Das von Marlan Scully durchgeführte Delayed-Choice-Quanten-Eraser- Experiment beinhaltet Paare von verschränkten Photonen , die in "Signalphotonen" und "Idlerphotonen" unterteilt werden, wobei die Signalphotonen aus einem von zwei Orten austreten und ihre Position später wie im Doppelspalt gemessen wird experimentieren . Je nachdem, wie das Idler-Photon gemessen wird, kann der Experimentator entweder erfahren, aus welchem der beiden Orte das Signalphoton hervorgegangen ist, oder diese Information "löschen". Obwohl die Signalphotonen gemessen werden können, bevor die Wahl der Idlerphotonen getroffen wurde, scheint die Wahl rückwirkend zu bestimmen, ob ein Interferenzmuster beobachtet wird oder nicht , wenn man Messungen von Idlerphotonen mit den entsprechenden Signalphotonen korreliert. Da jedoch Interferenzen erst beobachtet werden können, nachdem die Idlerphotonen gemessen und mit den Signalphotonen korreliert wurden, können die Experimentatoren im Voraus nicht sagen, welche Wahl getroffen wird, indem sie sich nur die Signalphotonen ansehen, sondern nur durch das Sammeln klassischer Informationen aus dem Gesamtsystem; so bleibt die Kausalität erhalten.
Das Experiment von Lijun Wang könnte auch eine Kausalitätsverletzung aufzeigen, da es es ermöglichte, Wellenpakete so durch eine Cäsiumgaskugel zu senden, dass das Paket 62 Nanosekunden vor seinem Eintritt aus der Glühbirne auszutreten schien, ein Wellenpaket jedoch nicht ein einzelnes wohldefiniertes Objekt, sondern eher eine Summe mehrerer Wellen unterschiedlicher Frequenzen (siehe Fourier-Analyse ), und das Paket kann sich scheinbar schneller als das Licht oder sogar zeitlich rückwärts bewegen, selbst wenn keine der reinen Wellen in der Summe dies tut. Dieser Effekt kann nicht verwendet werden, um Materie, Energie oder Informationen schneller als Licht zu senden, so dass dieses Experiment auch nicht die Kausalität verletzt.
Die Physiker Günter Nimtz und Alfons Stahlhofen von der Universität Koblenz behaupten, Einsteins Relativitätstheorie verletzt zu haben, indem sie Photonen schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen. Sie sagen, dass sie ein Experiment durchgeführt haben, bei dem Mikrowellenphotonen "momentan" zwischen einem Prismenpaar wanderten, das bis zu 0,91 m voneinander entfernt war, unter Verwendung eines Phänomens, das als Quantentunneln bekannt ist . Nimtz sagte gegenüber dem New Scientist Magazin: "Dies ist derzeit die einzige Verletzung der speziellen Relativitätstheorie, von der ich weiß." Andere Physiker sagen jedoch, dass dieses Phänomen es nicht erlaubt, Informationen schneller als Licht zu übertragen. Aephraim Steinberg, ein Experte für Quantenoptik an der University of Toronto , Kanada, verwendet die Analogie eines Zuges, der von Chicago nach New York fährt, aber an jeder Station unterwegs Waggons absetzt, so dass die Mitte des Zuges um jeder Halt; Auf diese Weise übertrifft die Geschwindigkeit der Zugmitte die Geschwindigkeit jedes einzelnen Wagens.
Shengwang Du behauptet in einer von Experten begutachteten Zeitschrift, die Vorläufer einzelner Photonen beobachtet zu haben , und sagt, dass sie sich im Vakuum nicht schneller als c bewegen. Sein Experiment umfasste sowohl langsames Licht als auch Licht durch ein Vakuum. Er erzeugte zwei einzelne Photonen , wobei er eines durch Rubidiumatome schickte, die mit einem Laser gekühlt worden waren (wodurch das Licht verlangsamt wurde) und eines durch ein Vakuum schickte. Beide Male gingen die Vorläufer anscheinend den Hauptkörpern der Photonen voraus, und die Vorläufer bewegten sich bei c im Vakuum. Dies impliziert nach Du, dass es keine Möglichkeit gibt, dass sich Licht schneller als c ausbreitet und somit keine Möglichkeit besteht, die Kausalität zu verletzen.
Abwesenheit von Zeitreisenden aus der Zukunft
Viele haben argumentiert, dass das Fehlen von Zeitreisenden in der Zukunft zeigt, dass eine solche Technologie niemals entwickelt wird, was darauf hindeutet, dass dies unmöglich ist. Dies ist analog zum Fermi-Paradoxon im Zusammenhang mit dem Fehlen von Beweisen für außerirdisches Leben. Da die Abwesenheit von außerirdischen Besuchern nicht kategorisch beweist, dass sie nicht existieren, beweist die Abwesenheit von Zeitreisenden nicht, dass Zeitreisen physisch unmöglich sind; es kann sein, dass Zeitreisen physikalisch möglich sind, aber nie entwickelt oder vorsichtig genutzt werden. Carl Sagan hat einmal die Möglichkeit vorgeschlagen, dass Zeitreisende hier sein könnten, aber ihre Existenz verschleiern oder nicht als Zeitreisende erkannt werden. Einige Versionen der Allgemeinen Relativitätstheorie deuten darauf hin, dass Zeitreisen möglicherweise nur in einer Region der Raumzeit möglich sind , die auf eine bestimmte Weise verzerrt ist, und daher könnten Zeitreisende nicht in frühere Regionen der Raumzeit zurückreisen, bevor diese Region existierte. Stephen Hawking erklärte, dies würde erklären, warum die Welt nicht bereits von "Touristen aus der Zukunft" überrannt worden sei.
Mehrere Experimente wurden durchgeführt, um zukünftige Menschen, die die Zeitreisetechnologie erfinden könnten, dazu zu bringen, zurückzukehren und sie den Menschen der Gegenwart zu demonstrieren. Veranstaltungen wie der Destination Day in Perth oder die Time Traveller Convention des MIT machten permanente "Werbung" über eine Treffpunktzeit und einen Treffpunkt für zukünftige Zeitreisende stark. Im Jahr 1982 veranstaltete eine Gruppe in Baltimore , Maryland , die sich als die Krononauts identifizierte, eine Veranstaltung dieser Art, um Besucher aus der Zukunft willkommen zu heißen. Diese Experimente hatten nur die Möglichkeit, ein positives Ergebnis zu erzielen, das die Existenz von Zeitreisen demonstriert, sind aber bisher gescheitert – es sind keine Zeitreisenden bekannt, die an beiden Veranstaltungen teilgenommen haben. Einige Versionen der Viele-Welten-Interpretation können verwendet werden, um darauf hinzuweisen, dass zukünftige Menschen in der Zeit zurückgereist sind, aber zu der Zeit und dem Ort des Zusammentreffens in einem Paralleluniversum zurückgekehrt sind .
Zeitdilatation
Es gibt viele beobachtbare Beweise für die Zeitdilatation in der speziellen Relativitätstheorie und die gravitative Zeitdilatation in der Allgemeinen Relativitätstheorie, zum Beispiel in der berühmten und leicht zu replizierenden Beobachtung des atmosphärischen Myonzerfalls . Die Relativitätstheorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter in jedem Bezugssystem invariant ist ; das heißt, es ist immer dasselbe. Die Zeitdilatation ist eine direkte Folge der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit. Die Zeitdilatation kann im begrenzten Sinne als "Zeitreise in die Zukunft" angesehen werden: Eine Person kann die Zeitdilatation so verwenden, dass für sie eine kleine Menge Eigenzeit vergeht, während an anderer Stelle viel Eigenzeit vergeht. Dies kann durch Reisen mit relativistischen Geschwindigkeiten oder durch die Wirkung der Schwerkraft erreicht werden .
Bei zwei identischen Uhren, die sich ohne Beschleunigung relativ zueinander bewegen, misst jede Uhr die andere als langsamer ticken. Dies ist aufgrund der Relativität der Gleichzeitigkeit möglich . Die Symmetrie wird jedoch gebrochen, wenn eine Uhr beschleunigt, wodurch für eine Uhr weniger Zeit vergehen kann als für die andere. Das Zwillingsparadoxon beschreibt dies: Ein Zwilling bleibt auf der Erde, während der andere auf relativistische Geschwindigkeit beschleunigt wird, während er in den Weltraum reist, sich umdreht und zur Erde zurückkehrt; der reisende Zwilling altert weniger als der Zwilling, der auf der Erde geblieben ist, wegen der Zeitdilatation, die er während seiner Beschleunigung erfahren hat. Die Allgemeine Relativitätstheorie behandelt die Auswirkungen der Beschleunigung und die Auswirkungen der Schwerkraft als gleichwertig und zeigt, dass die Zeitdilatation auch in Gravitationsbrunnen auftritt , wobei eine tiefere Uhr im Brunnen langsamer tickt; Dieser Effekt wird bei der Kalibrierung der Uhren auf den Satelliten des Global Positioning Systems berücksichtigt und könnte bei Beobachtern in unterschiedlichen Entfernungen von einer großen Gravitationsquelle wie einem Schwarzen Loch zu erheblichen Unterschieden in der Alterungsrate führen .
Eine Zeitmaschine, die dieses Prinzip nutzt, könnte beispielsweise eine Kugelschale mit einem Durchmesser von fünf Metern und der Masse des Jupiter sein . Eine Person in ihrem Zentrum bewegt sich viermal langsamer in der Zeit vorwärts als entfernte Beobachter. Es wird nicht erwartet, dass die Masse eines großen Planeten in eine so kleine Struktur in naher Zukunft innerhalb der technologischen Möglichkeiten der Menschheit liegt. Mit den heutigen Technologien ist es nur möglich, dass ein menschlicher Reisender nach einigen hundert Tagen Raumfahrt um einige Millisekunden weniger altert als seine Gefährten auf der Erde.
Philosophie
Philosophen haben die Natur der Zeit mindestens seit der Zeit des antiken Griechenlands diskutiert ; Parmenides vertrat beispielsweise die Ansicht, dass Zeit eine Illusion ist. Jahrhunderte später unterstützte Isaac Newton die Idee der absoluten Zeit , während sein Zeitgenosse Gottfried Wilhelm Leibniz behauptete, dass Zeit nur eine Beziehung zwischen Ereignissen ist und nicht unabhängig ausgedrückt werden kann. Letzterer Ansatz führte schließlich zur Raumzeit der Relativität .
Präsentismus vs. Eternalismus
Viele Philosophen haben argumentiert, dass Relativität Eternalismus impliziert , die Idee, dass Vergangenheit und Zukunft in einem realen Sinne existieren, nicht nur als Veränderungen, die in der Gegenwart eingetreten sind oder auftreten werden. Der Wissenschaftsphilosoph Dean Rickles widerspricht einigen Einschränkungen, stellt jedoch fest, dass "der Konsens unter den Philosophen zu sein scheint, dass die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie mit dem Präsentismus unvereinbar sind". Einige Philosophen betrachten die Zeit als eine Dimension, die den räumlichen Dimensionen gleichkommt, dass zukünftige Ereignisse "bereits da sind", in dem gleichen Sinne, dass verschiedene Orte existieren, und dass es keinen objektiven Zeitfluss gibt; diese Ansicht ist jedoch umstritten.
Der Präsentismus ist eine philosophische Schule, die davon ausgeht, dass die Zukunft und die Vergangenheit nur als Veränderungen existieren, die in der Gegenwart eingetreten sind oder eintreten werden, und dass sie keine eigene reale Existenz haben. Aus dieser Sicht sind Zeitreisen unmöglich, weil es keine Zukunft oder Vergangenheit gibt, in die man reisen könnte. Keller und Nelson haben argumentiert, dass es auch dann, wenn vergangene und zukünftige Objekte nicht existieren, definitive Wahrheiten über vergangene und zukünftige Ereignisse geben kann, und daher ist es möglich, dass eine zukünftige Wahrheit über einen Zeitreisenden, der sich entscheidet, in die Gegenwart zurück zu reisen, könnte Erkläre die tatsächliche Erscheinung des Zeitreisenden in der Gegenwart; diese Ansichten werden von einigen Autoren bestritten.
Der Präsentismus in der klassischen Raumzeit geht davon aus, dass nur die Gegenwart existiert; dies ist mit der speziellen Relativitätstheorie nicht vereinbar, wie das folgende Beispiel zeigt: Alice und Bob sind gleichzeitige Beobachter des Ereignisses O . Für Alice ist ein Ereignis E gleichzeitig mit O , aber für Bob liegt Ereignis E in der Vergangenheit oder Zukunft. Daher sind sich Alice und Bob nicht einig, was in der Gegenwart existiert, was dem klassischen Präsentismus widerspricht. Der "Hier-Jetzt-Präsentismus" versucht dies zu vereinbaren, indem er nur Zeit und Raum eines einzigen Punktes anerkennt; dies ist unbefriedigend, weil Objekte, die aus dem "Hier-Jetzt" kommen und gehen, zwischen real und unwirklich wechseln, zusätzlich zum Fehlen eines privilegierten "Hier-Jetzt" , das die "wirkliche" Gegenwart wäre. Der "relativisierte Präsentismus" erkennt an, dass es unendliche Bezugsrahmen gibt, von denen jeder eine andere Menge gleichzeitiger Ereignisse hat, was es unmöglich macht, eine einzelne "reale" Gegenwart zu unterscheiden, und daher sind entweder alle Ereignisse in der Zeit real – was den Unterschied verwischt zwischen Präsentismus und Eternalismus – oder jeder Bezugsrahmen existiert in seiner eigenen Realität. Die Möglichkeiten des Präsentismus in der Speziellen Relativitätstheorie scheinen erschöpft zu sein, aber Gödel und andere vermuten, dass der Präsentismus für einige Formen der Allgemeinen Relativitätstheorie gültig sein könnte. Im Allgemeinen gilt die Vorstellung von absoluter Zeit und Raum als unvereinbar mit der Allgemeinen Relativitätstheorie; es gibt keine universelle Wahrheit über die absolute Position von Ereignissen, die zu verschiedenen Zeiten auftreten, und somit keine Möglichkeit zu bestimmen, welcher Punkt im Raum zu einem anderen Zeitpunkt an der universellen "gleichen Position" liegt, und alle Koordinatensysteme sind gleichberechtigt wie durch das Prinzip der Diffeomorphismus-Invarianz gegeben .
Das Großvater-Paradoxon
Ein häufiger Einwand gegen die Idee einer Zeitreise wird im Großvaterparadox oder dem Argument des Autoinfantizids vorgebracht. Wenn man in der Zeit zurückreisen könnte, würden sich Ungereimtheiten und Widersprüche ergeben, wenn der Zeitreisende etwas ändern würde; ein Widerspruch besteht, wenn die Vergangenheit anders wird, als sie ist . Das Paradoxon wird häufig mit einer Person beschrieben, die in die Vergangenheit reist und ihren eigenen Großvater tötet, die Existenz ihres Vaters oder ihrer Mutter und damit ihre eigene Existenz verhindert. Philosophen fragen sich, ob diese Paradoxien beweisen, dass Zeitreisen unmöglich sind. Einige Philosophen antworten auf die Paradoxien, indem sie argumentieren, dass es möglich sein könnte, dass Rückwärtszeitreisen möglich wären, dass es jedoch unmöglich wäre, die Vergangenheit tatsächlich in irgendeiner Weise zu ändern , eine Idee, die dem vorgeschlagenen Novikov-Selbstkonsistenzprinzip in der Physik ähnelt .
Ontologisches Paradoxon
Zusammensetzung
Was beispielsweise im Rahmen von Zeitreisen passieren kann , muss nach der philosophischen Theorie der Zusammensetzbarkeit gegen den Kontext von allem, was die Situation betrifft , abgewogen werden. Wenn die Vergangenheit ist eine bestimmte Art und Weise, ist es nicht möglich , es anders zu sein. Was kann passieren , wenn ein Zeitreisende besucht die Vergangenheit beschränkt , was tat passieren, um logische Widersprüche zu verhindern.
Selbstkonsistenzprinzip
Das Novikov-Prinzip der Selbstkonsistenz , benannt nach Igor Dmitrievich Novikov , besagt, dass alle Handlungen eines Zeitreisenden oder eines Objekts, das in der Zeit zurückreist, von jeher Teil der Geschichte waren und es daher für den Zeitreisenden unmöglich ist, sich "zu ändern". „Geschichte in keiner Weise. Die Handlungen des Zeitreisenden können jedoch die Ursache von Ereignissen in ihrer eigenen Vergangenheit sein, was zu einer zirkulären Kausalität führt , die manchmal als Prädestinationsparadox, ontologisches Paradox oder Bootstrap-Paradoxon bezeichnet wird. Der Begriff Bootstrap-Paradox wurde durch Robert A. Heinleins Erzählung „ Bisher Bootstraps “ populär . Das Novikov-Selbstkonsistenzprinzip besagt, dass sich die lokalen Gesetze der Physik in einer Region der Raumzeit, die Zeitreisende enthält, nicht von den lokalen Gesetzen der Physik in irgendeiner anderen Region der Raumzeit unterscheiden können.
Der Philosoph Kelley L. Ross argumentiert in "Time Travel Paradoxes", dass in einem Szenario mit einem physikalischen Objekt, dessen Weltlinie oder Geschichte eine geschlossene Zeitschleife bildet, eine Verletzung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik vorliegen kann . Ross verwendet " Somewhere in Time " als Beispiel für ein solches ontologisches Paradoxon, bei dem einer Person eine Uhr gegeben wird und 60 Jahre später dieselbe Uhr in die Zeit zurückgebracht und derselben Person gegeben wird. Ross gibt an, dass die Entropie der Uhr zunimmt und die in der Zeit zurückversetzte Uhr mit jeder Wiederholung ihrer Geschichte mehr getragen wird. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wird von modernen Physikern als statistisches Gesetz verstanden, so dass abnehmende Entropie und nicht zunehmende Entropie nicht unmöglich, sondern nur unwahrscheinlich sind. Darüber hinaus nimmt die Entropie in isolierten Systemen statistisch zu, so dass nicht isolierte Systeme, wie z geschlossene Schleife immer im gleichen Zustand am gleichen Punkt ihrer Geschichte sein.
Daniel Greenberger und Karl Svozil schlugen vor, dass die Quantentheorie ein Modell für Zeitreisen liefert, bei dem die Vergangenheit in sich konsistent sein muss.
In der Fiktion
Zeitreisethemen in Science-Fiction und den Medien können in drei Kategorien eingeteilt werden: unveränderliche Zeitleiste; veränderliche Zeitleiste; und alternative Geschichten, wie in der Interagieren -Viel-Welten-Interpretation . Der nicht-wissenschaftliche Begriff Zeitachse wird oft verwendet, um sich auf alle physischen Ereignisse in der Geschichte zu beziehen, so dass der Zeitreisende dort, wo Ereignisse geändert werden, als Erschaffung einer neuen Zeitachse beschrieben wird.
Siehe auch
Ansprüche auf Zeitreisen
Kultur
Fiktion
Wissenschaft
Zeitwahrnehmung
Verweise
Externe Links
Übersichten und enzyklopädische Berichterstattung
- Schwarze Löcher, Wurmlöcher und Zeitreisen , ein Vortrag der Royal Society
- Wie Zeitreisen bei HowStuffWorks funktionieren
- Zeitreisen und moderne Physik in der Stanford Encyclopedia of Philosophy
- Zeitreise in der Internet-Enzyklopädie der Philosophie