WURMLOCH: GESCHICHTE, THEORIE, TYPEN, BILDUNG - ARTE - 2025

Ein Wurmloch in der Astrophysik und Kosmologie ist ein Durchgang, der zwei Punkte im Raum-Zeit-Gefüge verbindet. So wie der fallende Apfel 1687 Isaac Newtons Gravitationstheorie inspirierte, haben die Würmer, die die Äpfel durchbohren, neue Theorien inspiriert, auch im Rahmen der Gravitation.

So wie es dem Wurm gelingt, durch einen Tunnel einen anderen Punkt auf der Oberfläche des Apfels zu erreichen, stellen Raum-Zeit-Wurmlöcher theoretische Abkürzungen dar, die es ihm ermöglichen, in kürzerer Zeit in entfernte Teile des Universums zu reisen.

Raum-Zeit-Wurmloch: künstlerische Vision. Quelle: Pixabay.

Es ist eine Idee, die die Fantasie vieler Menschen erfasst hat und weiterhin anregt. In der Zwischenzeit suchen Kosmologen nach Wegen, um seine Existenz zu beweisen. Aber im Moment sind sie immer noch Gegenstand von Spekulationen.

Um das Verständnis von Wurmlöchern, die Möglichkeit der Zeitreise durch sie und die Unterschiede zwischen Wurmlöchern und Schwarzen Löchern ein wenig näher zu bringen, müssen wir uns das Konzept der Raum-Zeit ansehen.

Was ist Raumzeit?

Das Konzept der Raumzeit ist eng mit dem des Wurmlochs verbunden. Deshalb ist es notwendig, zuerst festzustellen, was es ist und was sein Hauptmerkmal ist.

In der Raumzeit tritt jedes Ereignis im Universum auf. Und das Universum wiederum ist die Gesamtheit der Raum-Zeit, die alle Formen von Materie-Energie und mehr aufnehmen kann …

Wenn der Bräutigam die Braut trifft, ist es ein Ereignis, aber dieses Ereignis hat räumliche Koordinaten: den Treffpunkt. Und eine Zeitkoordinate: Jahr, Monat, Tag und Uhrzeit des Meetings.

Die Geburt eines Sterns oder die Explosion einer Supernova sind ebenfalls Ereignisse, die in der Raumzeit stattfinden.

In einer Region des Universums, die frei von Masse und Wechselwirkungen ist, ist die Raumzeit flach. Dies bedeutet, dass zwei parallel beginnende Lichtstrahlen so weiterlaufen, solange sie in dieser Region bleiben. Übrigens, für einen Lichtstrahl ist die Zeit ewig.

Natürlich ist die Raumzeit nicht immer flach. Das Universum enthält Objekte mit einer Masse, die die Raumzeit verändert und eine Raum-Zeit-Krümmung auf einer universellen Skala verursacht.

Es war Albert Einstein selbst, der in einem Moment der Inspiration erkannte, dass er "die glücklichste Idee meines Lebens" nannte, dass ein beschleunigter Beobachter lokal nicht von einem zu unterscheiden ist, der sich in der Nähe eines massiven Objekts befindet. Es ist das berühmte Äquivalenzprinzip.

Und ein beschleunigter Beobachter biegt die Raumzeit, dh die euklidische Geometrie ist nicht mehr gültig. In der Umgebung eines massiven Objekts wie eines Sterns, eines Planeten, einer Galaxie, eines Schwarzen Lochs oder des Universums selbst biegt sich daher die Raumzeit.

Diese Krümmung wird vom Menschen als eine Kraft wahrgenommen, die Schwerkraft genannt wird, alltäglich, aber gleichzeitig mysteriös.

Die Schwerkraft ist so rätselhaft wie die Kraft, die uns nach vorne zieht, wenn der Bus, in dem wir fahren, stark bremst. Es ist, als ob plötzlich etwas Unsichtbares, Dunkles und Massives für einige Momente auftaucht und uns anzieht und uns plötzlich vorwärts treibt.

Die Planeten bewegen sich elliptisch um die Sonne, weil ihre Masse eine Vertiefung in der Raum-Zeit-Oberfläche erzeugt, die bewirkt, dass die Planeten ihre Flugbahnen krümmen. Ein Lichtstrahl krümmt auch seinen Weg entlang der von der Sonne erzeugten Raum-Zeit-Depression.

Tunnel durch Raum - Zeit

Wenn Raum-Zeit eine gekrümmte Oberfläche ist, hindert im Prinzip nichts einen Bereich daran, sich durch einen Tunnel mit einem anderen zu verbinden. Das Reisen durch einen solchen Tunnel würde nicht nur einen Ortswechsel bedeuten, sondern bietet auch die Möglichkeit, zu einer anderen Zeit zu gehen.

Diese Idee hat viele Science-Fiction-Bücher, Serien und Filme inspiriert, darunter die berühmte amerikanische Serie "The Time Tunnel" aus den 1960er Jahren und in jüngerer Zeit "Deep Space 9" aus dem Star Trek-Franchise und den Film Interstellar aus dem Jahr 2014.

Die Idee kam von Einstein selbst, der auf der Suche nach Lösungen für die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zusammen mit Nathan Rosen eine theoretische Lösung fand, die es ermöglichte, zwei verschiedene Regionen der Raumzeit durch einen Tunnel zu verbinden, der als Abkürzung fungierte.

Diese Lösung ist als Einstein-Rosen-Brücke bekannt und erscheint in einer 1935 veröffentlichten Arbeit.

Der Begriff "Wurmloch" wurde jedoch 1957 erstmals verwendet, dank der theoretischen Physiker John Wheeler und Charles Misner in einer Veröffentlichung dieses Jahres. Zuvor wurde von „eindimensionalen Röhren“ gesprochen, um auf dieselbe Idee Bezug zu nehmen.

Später im Jahr 1980 schrieb Carl Sagan den Science-Fiction-Roman "Contact", ein Buch, das später zu einem Film gemacht wurde. Der Protagonist namens Elly entdeckt in 25.000 Lichtjahren Entfernung intelligentes außerirdisches Leben. Carl Sagan wollte, dass Elly dorthin reist, aber auf eine Weise, die wissenschaftlich glaubwürdig ist.

25.000 Lichtjahre entfernt zu reisen ist für einen Menschen keine leichte Aufgabe, es sei denn, es wird nach einer Abkürzung gesucht. Ein Schwarzes Loch kann keine Lösung sein, da die unterschiedliche Schwerkraft bei Annäherung an die Singularität das Raumschiff und seine Besatzung auseinander reißen würde.

Auf der Suche nach anderen Möglichkeiten konsultierte Carl Sagan einen der führenden Experten für Schwarze Löcher der Zeit: Kip Thorne, der anfing, über die Angelegenheit nachzudenken und erkannte, dass die Einstein-Rosen-Brücken oder die Wurmlöcher von Wheeler waren die Lösung.

Thorne erkannte jedoch auch, dass die mathematische Lösung instabil war, dh der Tunnel öffnet sich, aber kurz nachdem er erwürgt und verschwindet.

Die Instabilität von Wurmlöchern

Ist es möglich, Wurmlöcher zu verwenden, um große räumliche und zeitliche Entfernungen zurückzulegen?

Seit ihrer Erfindung haben Wurmlöcher in zahlreichen Science-Fiction-Plots dazu gedient, ihre Protagonisten an entlegene Orte zu bringen und die Paradoxien der nichtlinearen Zeit zu erleben.

Kip Thorne fand zwei mögliche Lösungen für das Problem der Wurmlochinstabilität:

• Durch den sogenannten Quantenschaum. Auf der Planck-Skala (10 ^-35 m) gibt es Quantenfluktuationen, die zwei Raum-Zeit-Regionen durch Mikrotunnel verbinden können. Eine hypothetische, sehr fortgeschrittene Zivilisation könnte einen Weg finden, die Passagen zu erweitern und sie lange genug zu halten, damit ein Mensch sie passieren kann.
• Negative Massenmaterie. Nach Schätzungen, die 1990 von Thorne selbst veröffentlicht wurden, wären große Mengen dieser Fremdkörper erforderlich, um die Enden des Wurmlochs offen zu halten.

Das Bemerkenswerte an dieser letzten Lösung ist, dass es im Gegensatz zu Schwarzen Löchern keine Singularität oder Quantenphänomene gibt und der Durchgang von Menschen durch diese Art von Tunnel möglich wäre.

Auf diese Weise würden Wurmlöcher nicht nur die Verbindung entfernter Regionen im Raum ermöglichen, sondern auch zeitlich getrennt. Daher sind sie Maschinen für Zeitreisen.

Stephen Hawking, die große Referenz in der Kosmologie am Ende des 20. Jahrhunderts, glaubte aufgrund der vielen Paradoxien und Widersprüche, die sich daraus ergeben, weder Wurmlöcher noch Zeitmaschinen für machbar.

Das hat die Geister anderer Forscher nicht gedämpft, die die Möglichkeit vorgeschlagen haben, dass zwei Schwarze Löcher in verschiedenen Bereichen der Raumzeit intern durch ein Wurmloch verbunden sind.

Obwohl dies für die Raum-Zeit-Reise nicht praktikabel wäre, da abgesehen von den Schwierigkeiten, die das Eintreten in die Singularität des Schwarzen Lochs mit sich bringen würde, keine Möglichkeit besteht, am anderen Ende auszutreten, da es sich um ein weiteres Schwarzes Loch handelt.

Unterschiede zwischen Schwarzen Löchern und Wurmlöchern

Wenn Sie von einem Wurmloch sprechen, denken Sie auch sofort an Schwarze Löcher.

Ein Schwarzes Loch entsteht auf natürliche Weise nach der Entwicklung und dem Tod eines Sterns mit einer bestimmten kritischen Masse.

Es entsteht, nachdem der Stern seinen Kernbrennstoff erschöpft hat und sich aufgrund seiner eigenen Gravitationskraft irreversibel zusammenzuziehen beginnt. Es geht unerbittlich weiter, bis es einen solchen Zusammenbruch verursacht, dass nichts näher als der Radius des Ereignishorizonts entweichen kann, nicht einmal Licht.

Im Vergleich dazu ist ein Wurmloch ein seltenes Ereignis, die Folge einer hypothetischen Anomalie in der Krümmung der Raumzeit. Theoretisch ist es möglich, sie durchzugehen.

Wenn jedoch jemand versuchen würde, durch ein Schwarzes Loch zu gelangen, würde die intensive Schwerkraft und extreme Strahlung in der Nähe der Singularität es in einen dünnen Faden subatomarer Teilchen verwandeln.

Es gibt indirekte und erst in jüngster Zeit direkte Beweise für die Existenz von Schwarzen Löchern. Zu diesen Nachweisen gehört die Emission und Detektion von Gravitationswellen durch Anziehung und Rotation zweier kolossaler Schwarzer Löcher, die vom LIGO-Gravitationswellenobservatorium detektiert werden.

Es gibt Hinweise darauf, dass im Zentrum großer Galaxien wie unserer Milchstraße ein supermassives Schwarzes Loch existiert.

Die schnelle Rotation der Sterne in der Nähe des Zentrums sowie die enorme Menge an hochfrequenter Strahlung, die von dort ausgeht, sind indirekte Beweise dafür, dass es ein riesiges Schwarzes Loch gibt, das das Vorhandensein dieser Phänomene erklärt.

Erst am 10. April 2019 wurde der Welt das erste Foto eines supermassiven Schwarzen Lochs (7 Milliarden Mal die Masse der Sonne) gezeigt, das sich in einer sehr weit entfernten Galaxie befindet: Messier 87 im Sternbild Jungfrau mit 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.

Dieses Foto eines Schwarzen Lochs wurde durch das weltweite Teleskopnetzwerk „Event Horizon Telescope“ ermöglicht, an dem mehr als 200 Wissenschaftler aus aller Welt teilnahmen.

Andererseits gibt es bisher keine Hinweise auf Wurmlöcher. Wissenschaftler konnten ein Schwarzes Loch erkennen und verfolgen, bei Wurmlöchern war dies jedoch nicht möglich.

Daher sind sie hypothetische Objekte, obwohl theoretisch machbar, wie es einst auch Schwarze Löcher waren.

Vielzahl / Arten von Wurmlöchern

Obwohl sie noch nicht oder gerade deshalb entdeckt wurden, wurden verschiedene Möglichkeiten für Wurmlöcher vorgestellt. Sie sind alle theoretisch machbar, da sie Einsteins Gleichungen für die allgemeine Relativitätstheorie erfüllen. Hier sind einige:

• Wurmlöcher, die zwei Raum-Zeit-Regionen desselben Universums verbinden.
• Die Wurmlöcher, die ein Universum mit einem anderen Universum verbinden können.
• Einstein-Rosen-Brücken, in denen Materie von einer Öffnung zur anderen gelangen kann. Obwohl dieser Durchgang von Materie Instabilität verursachen würde, würde der Tunnel auf sich selbst zusammenbrechen.
• Kip Thornes Wurmloch mit einer Kugelschale aus Materie mit negativer Masse. Es ist stabil und in beide Richtungen überfahrbar.
• Das sogenannte Schwarzschild-Wurmloch, bestehend aus zwei miteinander verbundenen statischen Schwarzen Löchern. Sie sind nicht durchquerbar, da Materie und Licht zwischen beiden Extremen gefangen sind.
• Beladene und / oder rotierende oder Kerr-Wurmlöcher, bestehend aus zwei intern verbundenen dynamischen Schwarzen Löchern, die nur in eine Richtung durchquert werden können.
• Quantenschaum der Raumzeit, dessen Existenz auf subatomarer Ebene theoretisiert wird. Der Schaum besteht aus sehr instabilen subatomaren Tunneln, die verschiedene Zonen verbinden. Um sie zu stabilisieren und zu erweitern, müsste ein Quark-Gluon-Plasma erzeugt werden, dessen Erzeugung nahezu unendlich viel Energie erfordern würde.
• In jüngerer Zeit wurden dank der Stringtheorie Wurmlöcher theoretisiert, die von kosmischen Strings unterstützt werden.
• Verflochtene und dann getrennte Schwarze Löcher, aus denen ein Raum-Zeit-Loch entsteht, oder eine Einstein-Rosen-Brücke, die durch die Schwerkraft zusammengehalten wird. Es ist eine theoretische Lösung, die im September 2013 von den Physikern Juan Maldacena und Leonard Susskind vorgeschlagen wurde.

Sie sind alle durchaus möglich, da sie Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie nicht widersprechen.

Werden jemals Wurmlöcher gesehen?

Schwarze Löcher waren lange Zeit theoretische Lösungen für Einsteins Gleichungen. Einstein selbst stellte die Möglichkeit in Frage, dass sie jemals von der Menschheit entdeckt werden könnten.

Albert Einstein (1879–1955), Autor der Relativitätstheorie. Quelle: Pixabay.

Schwarze Löcher blieben also lange Zeit eine theoretische Vorhersage, bis sie gefunden und lokalisiert wurden. Wissenschaftler haben die gleiche Hoffnung auf Wurmlöcher.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass sie auch dort sind, aber es wurde noch nicht gelernt, sie zu lokalisieren. Laut einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung würden Wurmlöcher selbst mit Teleskopen Spuren und Schatten hinterlassen.

Es wird angenommen, dass sich die Photonen um das Wurmloch bewegen und einen leuchtenden Ring erzeugen. Die nächsten Photonen fallen hinein und hinterlassen einen Schatten, der es ihnen ermöglicht, sich von Schwarzen Löchern zu unterscheiden.

Laut Rajibul Shaikh, einem Physiker am Tata-Institut für Grundlagenforschung in Mumbai in Indien, würde eine Art rotierendes Wurmloch einen größeren und verzogenen Schatten erzeugen als der eines Schwarzen Lochs.

In seiner Arbeit hat Shaikh die theoretischen Schatten einer bestimmten Klasse sich drehender Wurmlöcher untersucht und sich dabei auf die entscheidende Rolle des Lochhalses bei der Bildung eines Photonenschattens konzentriert, der es ermöglicht, ihn zu identifizieren und von einem Schwarzen Loch zu unterscheiden.

Shaikh hat auch die Abhängigkeit des Schattens von der Drehung des Wurmlochs analysiert und ihn mit dem Schatten verglichen, der von einem sich drehenden Kerr-Schwarzen Loch geworfen wird, wobei signifikante Unterschiede festgestellt wurden. Es ist eine völlig theoretische Arbeit.

Abgesehen davon bleiben Wurmlöcher im Moment als mathematische Abstraktionen erhalten, aber es ist möglich, dass einige sehr bald entdeckt werden. Was im anderen Extrem ist, ist im Moment noch Gegenstand von Vermutungen.

Verweise

1. Quantenverschränkung kann zur Schwerkraft führen. Entnommen aus Cienciaaldia.com
2. Progress of Physics, Band 61, Ausgabe September 2013, Seiten 781-811
3. Wurmloch. Entnommen aus wikipedia.org
4. Freizeit. Entnommen aus wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Verrücktes neues Papier schlägt Wurmlöcher vor, die Schatten werfen, die wir mit Teleskopen leicht sehen könnten. Entnommen von sciencealert.com