Stephen Hawking und der Schutz der Zeit – Warum Zeitreisen in die Vergangenheit vielleicht unmöglich sind

Die Kurzfassung kennst du jetzt – nun geht es ins Detail. Ich wünsche dir viel Freude beim Lesen!

Könnte das Universum eine Art eingebauten Schutz besitzen, der Zeitreisen in die Vergangenheit verhindert?

Genau mit dieser faszinierenden Frage beschäftigte sich der berühmte Physiker Stephen Hawking. Seine Überlegung klingt zunächst wie die Handlung eines Science-Fiction-Romans: Vielleicht gibt es Naturgesetze, die verhindern, dass wir jemals eine funktionierende Zeitmaschine bauen können.

Dabei geht es nicht um Zeitreisen in die Zukunft. Dass Zeit unter bestimmten Bedingungen unterschiedlich schnell vergeht, wissen wir dank Albert Einsteins Relativitätstheorie bereits. Viel schwieriger wird es allerdings, wenn wir zurückreisen möchten – beispielsweise ins Mittelalter, ins alte Rom oder auch nur zum gestrigen Tag.

Stephen Hawking vermutete, dass genau hier eine Grenze liegen könnte, die uns das Universum selbst setzt. Seine Idee trägt einen ziemlich komplizierten Namen: Chronology Protection Conjecture. Auf Deutsch könnte man sie als Chronologieschutz-Vermutung bezeichnen.

Doch was bedeutet das eigentlich? Und warum könnte die Natur etwas dagegen haben, wenn wir unsere eigene Vergangenheit besuchen möchten?

Was ist die Chronology Protection Conjecture?

Hinter dem komplizierten Begriff steckt eine überraschend einfache Idee: Vielleicht verhindern die Gesetze der Physik, dass Zeitreisen in die Vergangenheit überhaupt möglich werden.

Stellen wir uns vor, jemand erfindet eine Zeitmaschine. Er steigt ein, stellt das Jahr 1850 ein und reist zurück. Dort könnte er Menschen begegnen, die längst gestorben sind, historische Ereignisse beobachten oder vielleicht sogar versuchen, die Geschichte zu verändern.

Genau solche Möglichkeiten bereiten der Physik Probleme. Denn normalerweise geschieht zuerst eine Ursache und anschließend ihre Wirkung. Wir werfen beispielsweise einen Stein ins Wasser, und danach entstehen Wellen. Bei einer Reise in die Vergangenheit könnte diese gewohnte Reihenfolge durcheinandergeraten.

Hawkings Vermutung besagt vereinfacht, dass die Natur möglicherweise verhindert, dass solche Situationen überhaupt entstehen. Nicht durch eine unsichtbare Schranke oder einen geheimnisvollen Wächter der Zeit, sondern durch die physikalischen Gesetze selbst.

Wichtig ist allerdings: Es handelt sich um eine wissenschaftliche Vermutung, nicht um ein bewiesenes Naturgesetz.

Warum sind Zeitreisen in die Vergangenheit so problematisch?

Wer schon einmal einen Roman über Zeitreisen gelesen oder einen entsprechenden Film gesehen hat, kennt wahrscheinlich das berühmte Großvaterparadoxon.

Angenommen, ein Zeitreisender besucht die Vergangenheit und verhindert, dass sich seine Großeltern kennenlernen. Dann würde er möglicherweise niemals geboren werden. Wenn er aber nie geboren wurde, könnte er auch nicht in die Vergangenheit reisen, um das Kennenlernen zu verhindern.

Und schon haben wir einen Widerspruch.

Natürlich bedeutet dieses Gedankenexperiment nicht automatisch, dass Zeitreisen unmöglich sind. In der Wissenschaft und Philosophie gibt es verschiedene Überlegungen, wie solche Widersprüche vermieden werden könnten. Vielleicht lässt sich die Vergangenheit grundsätzlich nicht verändern. Vielleicht müsste jedes Ereignis bereits Teil einer widerspruchsfreien Geschichte sein.

Eine andere, besonders aus der Science-Fiction bekannte Möglichkeit wären unterschiedliche Zeitlinien. Wer in die Vergangenheit reist und dort etwas verändert, könnte dadurch eine neue Entwicklung auslösen, ohne seine ursprüngliche Geschichte zu überschreiben. Allerdings gibt es bislang keinen wissenschaftlichen Nachweis, dass Zeitreisen tatsächlich solche alternativen Zeitlinien erzeugen könnten.

Hawking beschäftigte sich deshalb mit einer noch grundsätzlicheren Frage: Was wäre, wenn die Natur Zeitreisen in die Vergangenheit von vornherein verhindert?

Was sind geschlossene zeitartige Kurven?

Um Hawkings Überlegung besser zu verstehen, müssen wir uns einen weiteren komplizierten Begriff ansehen: die geschlossene zeitartige Kurve. Keine Sorge, dahinter steckt eine Idee, die sich relativ einfach erklären lässt.

Normalerweise bewegen wir uns immer vorwärts durch die Zeit. Eine Sekunde folgt auf die nächste, aus Minuten werden Stunden und irgendwann aus Jahren Jahrzehnte. Eine geschlossene zeitartige Kurve wäre dagegen eine Art Schleife durch die Raumzeit.

Stellen wir uns einen Weg vor, der zunächst immer geradeaus führt, irgendwann jedoch eine große Kurve beschreibt und schließlich wieder am Ausgangspunkt ankommt. Bei einer gewöhnlichen Straße wäre das nichts Besonderes. Bei einer solchen Kurve durch die Raumzeit könnte ein Reisender jedoch theoretisch zu einem Zeitpunkt zurückkehren, an dem er bereits einmal gewesen ist.

Das Erstaunliche daran: Bestimmte mathematische Lösungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie lassen solche Zeitkurven tatsächlich zu. Die Gleichungen verbieten sie also nicht grundsätzlich. Ob sie unter realistischen Bedingungen entstehen können, ist allerdings eine ganz andere Frage.

Wie könnte die Natur eine Zeitmaschine verhindern?

Jetzt wird es besonders interessant. Hawking untersuchte, was passieren könnte, wenn sich eine solche Zeitschleife gerade bildet. Seine Überlegung war, dass dabei bestimmte Quanteneffekte so stark werden könnten, dass die entstehende Zeitmaschine instabil wird.

Vereinfacht gesagt: Je näher eine hypothetische Zeitmaschine daran wäre, Reisen in die Vergangenheit zu ermöglichen, desto stärker könnten bestimmte physikalische Störungen werden. Diese würden wiederum die Raumzeit beeinflussen und möglicherweise verhindern, dass die Zeitschleife überhaupt vollständig entsteht.

Man könnte sich das wie eine Brücke vorstellen, die unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbricht, noch bevor das erste Auto darüberfahren kann. Natürlich ist das nur ein Vergleich, aber er macht die Grundidee verständlicher.

Hawking veröffentlichte seine wissenschaftliche Arbeit zur Chronology Protection Conjecture am 15. Juli 1992 in der Fachzeitschrift Physical Review D. Darin untersuchte er unter anderem, ob die Rückwirkung von Quantenfeldern auf die Raumzeit das Entstehen geschlossener Zeitkurven verhindern könnte. Seine Ergebnisse lieferten Argumente für diese Möglichkeit, aber keinen endgültigen Beweis.

Welche Rolle spielen Wurmlöcher?

Wer sich mit Zeitreisen beschäftigt, stößt früher oder später auf Wurmlöcher. Dabei handelt es sich um hypothetische Verbindungen zwischen unterschiedlichen Bereichen der Raumzeit.

Stellen wir uns wieder ein Blatt Papier vor. Auf der einen Seite befindet sich Punkt A, auf der anderen Punkt B. Normalerweise müssten wir den gesamten Weg zwischen beiden Punkten zurücklegen. Wenn wir das Papier jedoch falten und beide Punkte direkt miteinander verbinden könnten, entstünde eine Abkürzung.

So ähnlich könnte ein Wurmloch funktionieren. Unter bestimmten theoretischen Voraussetzungen ließe sich ein solches Wurmloch möglicherweise sogar in eine Zeitmaschine verwandeln. Dafür müsste zwischen seinen beiden Öffnungen ein zeitlicher Unterschied entstehen.

Doch genau hier könnte Hawkings Chronologieschutz ins Spiel kommen. Vielleicht würden die physikalischen Bedingungen, die für eine solche Zeitmaschine erforderlich wären, gleichzeitig dafür sorgen, dass das Wurmloch instabil wird.

Der Physiker Matt Visser untersuchte diese Problematik ebenfalls. In einer 1993 veröffentlichten Arbeit beschrieb er verschiedene theoretische Effekte, die dem Entstehen einer Zeitmaschine entgegenwirken könnten.

Bis heute wurde allerdings kein durchquerbares Wurmloch nachgewiesen. Ob sich eines überhaupt stabilisieren ließe, bleibt offen.

Warum betrifft das vor allem Reisen in die Vergangenheit?

An dieser Stelle ist eine Unterscheidung besonders wichtig: Zeitreisen in die Zukunft und Zeitreisen in die Vergangenheit sind aus physikalischer Sicht nicht dasselbe.

Dank Einsteins Relativitätstheorie wissen wir, dass Zeit nicht für jeden Beobachter gleich schnell vergeht. Wer sich mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegt oder sich in einem starken Gravitationsfeld aufhält, kann im Vergleich zu anderen Menschen eine andere Zeitspanne erleben.

Diese sogenannte Zeitdilatation wurde experimentell bestätigt. Unter extremen Bedingungen könnte ein Reisender deshalb in seiner eigenen Zeit beispielsweise nur wenige Jahre altern, während auf der Erde Jahrzehnte vergehen.

Das wäre tatsächlich eine Reise in die Zukunft. Allerdings könnte er nicht einfach umdrehen und zu seinem ursprünglichen Zeitpunkt zurückkehren.

Hawkings Chronologieschutz-Vermutung richtet sich dagegen gegen die Entstehung jener besonderen Raumzeitstrukturen, die Reisen in die Vergangenheit ermöglichen würden. Sie widerspricht also nicht den bereits bekannten Effekten der Relativitätstheorie.

Hat Stephen Hawking damit bewiesen, dass Zeitreisen unmöglich sind?

Nein. Und genau dieser Punkt ist besonders wichtig.

Stephen Hawking lieferte überzeugende theoretische Argumente dafür, dass die Natur das Entstehen von Zeitmaschinen verhindern könnte. Seine Vermutung wurde jedoch nicht endgültig bewiesen.

Ein Grund dafür ist, dass wir noch immer nicht vollständig verstehen, wie sich Gravitation und Quantenphysik unter extremen Bedingungen gemeinsam verhalten. Dafür bräuchten wir eine umfassende Theorie der sogenannten Quantengravitation.

Die wissenschaftliche Diskussion ist deshalb weiterhin offen. Die Stanford Encyclopedia of Philosophy kommt in ihrer 2024 überarbeiteten Darstellung zum Ergebnis, dass es bislang keinen abschließenden allgemeinen Beweis gegen die Möglichkeit von Zeitmaschinen gibt.

Das bedeutet selbstverständlich nicht, dass Zeitreisen in die Vergangenheit wahrscheinlich sind. Es bedeutet lediglich, dass die Physik diese Frage noch nicht endgültig beantworten kann.

Was würde das für Zeitreisen in Romanen und Filmen bedeuten?

Als Autor von Zeitreisegeschichten finde ich gerade diesen Gedanken besonders spannend. In Romanen und Filmen steigen die Figuren häufig in eine Zeitmaschine, wählen ein Datum und reisen anschließend in die Vergangenheit oder Zukunft.

Auch in meiner Romanreihe „Die Zeitmaschine: Die Peter-Wheller-Serie“ spielt eine solche Möglichkeit eine zentrale Rolle. Schließlich lebt eine gute Zeitreisegeschichte davon, dass ihre Figuren andere Epochen besuchen, historische Ereignisse erleben und sich mit den Folgen ihrer Entscheidungen auseinandersetzen müssen.

Doch stellen wir uns einmal vor, Hawking hätte mit seiner Vermutung tatsächlich recht. Dann könnten zukünftige Generationen vielleicht Raumschiffe entwickeln, mit denen Menschen aufgrund der Zeitdilatation weit in die Zukunft gelangen. Eine Maschine, mit der wir anschließend wieder ins Mittelalter oder in unsere eigene Kindheit reisen könnten, wäre dagegen möglicherweise grundsätzlich unmöglich.

Für die Science-Fiction wäre das natürlich schade. Andererseits entstehen gerade aus solchen wissenschaftlichen Grenzen interessante Geschichten. Denn was wäre, wenn jemand einen Weg finden würde, den vermeintlichen Schutz der Zeit zu umgehen?

Und welche Folgen hätte das für unsere Welt?

Könnte eine zukünftige Entdeckung Hawkings Vermutung widerlegen?

Durchaus denkbar. Wissenschaft entwickelt sich schließlich ständig weiter. Was wir heute über Raum und Zeit wissen, ist wesentlich umfangreicher als noch vor hundert Jahren. Trotzdem gibt es zahlreiche offene Fragen.

Vielleicht entdecken Physiker eines Tages neue Eigenschaften der Raumzeit. Vielleicht gelingt es, Gravitation und Quantenphysik in einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben. Eine solche Entdeckung könnte unser Verständnis von Zeitreisen grundlegend verändern.

Ebenso gut könnte eine zukünftige Theorie jedoch bestätigen, dass die Natur Reisen in die Vergangenheit tatsächlich verhindert. Vielleicht steckt dahinter aber auch mehr, als wir heute verstehen können. Was wäre, wenn ein höheres Wesen oder eine uns unbekannte Macht dafür gesorgt hätte, dass die Vergangenheit für uns unerreichbar bleibt? Natürlich ist das keine wissenschaftlich belegte Erklärung, sondern ein philosophischer Gedanke. Doch gerade bei einem so geheimnisvollen Thema wie der Zeit stellt sich die Frage, ob wirklich alles allein durch die Gesetze der Physik bestimmt wird – oder ob es Zusammenhänge gibt, die wir bislang noch nicht einmal erahnen.

Beide Möglichkeiten wären wissenschaftlich interessant. Denn selbst der Nachweis, dass bestimmte Zeitreisen grundsätzlich unmöglich sind, würde uns etwas Entscheidendes über die Funktionsweise unseres Universums verraten.

Fazit: Besitzt das Universum tatsächlich einen Schutz vor Zeitreisen?

Stephen Hawkings Chronology Protection Conjecture gehört für mich zu den faszinierendsten Ideen rund um das Thema Zeitreisen. Sie beschäftigt sich nicht damit, wie wir eine Zeitmaschine bauen könnten, sondern mit der Frage, warum eine solche Maschine vielleicht niemals funktionieren wird.

Der Gedanke dahinter ist erstaunlich einfach: Möglicherweise verhindern die Gesetze der Physik selbst, dass wir in unsere eigene Vergangenheit reisen können. Sobald eine Zeitmaschine entstehen würde, könnten bestimmte Quanteneffekte dafür sorgen, dass sie instabil wird.

Ob Hawking damit recht hatte, wissen wir bis heute nicht. Seine Vermutung ist wissenschaftlich ernst zu nehmen, aber nicht endgültig bewiesen.

Vielleicht werden wir eines Tages tatsächlich lernen, Menschen weit in die Zukunft zu schicken. Vielleicht entdecken wir sogar völlig neue Eigenschaften der Raumzeit. Ob wir jemals zurückreisen können, bleibt dagegen eines der großen Rätsel der modernen Physik.

Und genau das macht diese Frage so spannend: Ist die Vergangenheit für uns unerreichbar, weil unsere Technik noch nicht weit genug entwickelt ist – oder weil das Universum selbst dafür sorgt, dass sie für immer verschlossen bleibt?

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Quellen und weiterführende Informationen

Für diesen Artikel habe ich wissenschaftliche Veröffentlichungen und Fachinformationen verwendet. Die wichtigsten Quellen sind:

1. Stephen W. Hawking (1992): „Chronology Protection Conjecture“
Physical Review D, Band 46, Seiten 603–611. Hawkings ursprüngliche wissenschaftliche Arbeit über die Vermutung, dass physikalische Gesetze die Entstehung geschlossener Zeitkurven verhindern könnten.
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.46.603

2. Matt Visser (1993): „From Wormhole to Time Machine: Remarks on Hawking’s Chronology Protection Conjecture“
Physical Review D, Band 47, Seiten 554–565. Eine wissenschaftliche Untersuchung darüber, welche physikalischen Effekte hypothetische Zeitmaschinen verhindern könnten.
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.47.554

3. Stanford Encyclopedia of Philosophy: „Time Machines“
Wissenschaftsphilosophischer Überblick über Zeitmaschinen, geschlossene zeitartige Kurven, Zeitreiseparadoxien und die Frage, ob die Physik Zeitreisen in die Vergangenheit ausschließt. Zuletzt grundlegend überarbeitet am 22. Mai 2024.
https://plato.stanford.edu/entries/time-machine/

4. Gunnar Klinkhammer (1992): „Vacuum Polarization of Scalar and Spinor Fields Near Closed Null Geodesics“
Physical Review D, Band 46, Seiten 3388–3394. Wissenschaftliche Untersuchung von Quanteneffekten, die für Hawkings Chronologieschutz-Vermutung relevant sind.
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.46.3388

5. Stephen Hawking – Wissenschaftliche Bibliografie
Übersicht über Hawkings wissenschaftliche Veröffentlichungen, darunter seine Arbeit zum Chronologieschutz.
https://stephenhawking.co.uk/research/complete-bibliography

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