19.11.2021

Studie: Wurmlöcher könnten durchaus stabil sein

Es mag für viele wie Science-Fiction klingen, aber die Idee, ein Wurmloch zu erzeugen, ist tatsächlich etwas, womit sich renommierte Wissenschaftler beschäftigen.

 

So genannte Wurmlöcher spielen in fast allen Science-Fiction-Filmen eine große Rolle, wenn es darum geht, riesige Entfernungen im Weltraum in Nullzeit zu bereisen. Es handelt sich um hypothetische »Tunnel« durch das Universum, über die zwar schon seit Jahrzehnten spekuliert wird aber deren Existenz noch nicht direkt nachgewiesen werden konnte. Doch auch wenn es keine direkten Beweise für sie gibt, sind sie aufgrund Albert Einsteins allgemeinen Relativitätstheorie zumindest theoretisch möglich.

 

Albert Einstein und Nathan Rosen beschrieben Wurmlöcher erstmals 1935 als temporäre Raumzeitkanäle zwischen den Schwarzschild-Mannigfaltigkeiten, weshalb sie auch als Einstein-Rosen-Brücken bezeichnet werden. Denn während Schwarze Löcher alles aufsaugen und nichts (noch nicht einmal Licht) entkommen lassen, verhalten sich Weiße Löcher gegensätzlich und stoßen alles ab. Um ein Wurmloch zu erzeugen, müsste man also theoretisch lediglich ein Schwarzes und ein Weißes Loch nehmen und ihre Singularitäten (die Punkte, an denen sie die Raumzeit außer Kraft setzen) miteinander verbinden. So entsteht ein Tunnel durch die Raumzeit.

Und Physiker vermuten schon lange, dass Wurmlöcher tatsächlich existieren könnten. Sie würden äußerlich zwar ähnlich wie Schwarze Löcher aussehen, doch im Gegensatz zu den Schwarzen Löchern würde nicht alles, das in ein Wurmloch fällt, in seinem Inneren gefangen bleiben, sondern an seinem anderen Ende wieder »ausgespuckt«. Diese Wurmlöcher könnten eine Abkürzung zwischen zwei entfernten Orten in Raum und Zeit oder vielleicht sogar zwischen zwei verschiedenen Universen bieten.

 

Allerdings haben Wurmlöcher auch einige Eigenschaften, die uns vor - zumindest bisher - unlösbare Probleme stellen. So würde zum einen die Anziehungskraft zwischen dem Wurmloch und der Materie, die es durchquert, es zwingen, sich sofort wieder zu schließen, so dass man eine Form von sogenannter »exotischer Materie« benötigen würde, um es lange genug offen zu halten, bis man es passiert hat. Eine solche exotische Materie wäre eine Substanz, die negative Energie oder negative Masse aufweist, doch eine solche Masse wurde bisher nirgendwo im Universum beobachtet und sie in bedarfsgerechten Mengen künstlich zu erzeugen, ist ein unüberwindbares Problem. Negative Energie ist hingegen etwas leichter zu erreichen, das Wurmloch wäre aber aufgrund der beteiligten Prozesse nur auf mikroskopischer, quantenmechanischer Ebene verfügbar und weit von jenem Wurmloch entfernt, das beispielsweise bei »Star Trek« von ganzen Flotten durchquert werden kann.

 

Diese unüberwindbar anmutenden Probleme haben Wissenschaftler jedoch nicht davon abgehalten, an Lösungen zu arbeiten. Und Studien, die zum Beispiel die Verwendung von Quantenverschränkung beinhalten, zeigen ein gewisses Versprechen für die Aufrechterhaltung der Stabilität. Jedoch stellt auch hier die Vergrößerung des Wurmlochs immer noch eine große Herausforderung dar.

Auch der Physiker Pascal Koiran von der Ecole Normale Superieure de Lyon in Frankreich hat sich mit der Erzeugung eines künstlichen Wurmlochs beschäftigt und seine Lösung bezüglich der Stabilität in einer auf dem Dokumentenserver arXiv.org veröffentlichten Studie vorgestellt. Demnach würde es theoretisch auf Basis der so genannte Eddington-Finkelstein-Metrik möglich sein, die bereits Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie als das beschreibt, was mit einem Teilchen passiert, sobald es den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs durchquert.

 

Er spekuliert, dass man tatsächlich ein Wurmloch konstruieren könnte, indem man eine Einstein-Rosen-Brücke erschafft. Doch im Gegensatz zu Albert Einstein und Rosen, die ihr Wurmloch mit der üblichen Schwarzschild-Metrik konstruierten, hat Koiran etwas anderes versucht: Er verwendete stattdessen die Eddington-Finkelstein-Metrik.

 

Koiran stellte fest, dass er mit Hilfe der Eddington-Finkelstein-Metrik den Weg eines Teilchens durch ein hypothetisches Wurmloch leichter verfolgen kann und fand heraus, das Teilchen, die den Ereignishorizont überqueren, in den Wurmlochtunnel ein- und auf der anderen Seite wieder austreten können, und das alles innerhalb einer begrenzten Zeitspanne.

 

Bedeutet dies nun, dass Einstein-Rosen-Brücken stabil sind? Nicht ganz. Die allgemeine Relativitätstheorie sagt uns nämlich etwas über das Verhalten der Schwerkraft, nicht aber über die anderen Naturgesetze. Die Thermodynamik, die Theorie des Verhaltens von Wärme und Energie, sagt uns zum Beispiel, dass weiße Löcher instabil sind. Und wenn Physiker versuchen würden, eine Kombination aus schwarzem Loch und Weißem Loch im realen Universum mit realer Materie herzustellen, würden die Energiedichten laut diversen Berechnungen alles auseinanderbrechen lassen.

 

Aber wenn Koiran Recht hat, könnten künftige Generationen vielleicht einen Weg finden, wie man es zur Erkundung des Universums nutzen kann.

 

© Fernando Calvo* für Terra Mystica

Foto: Pixabay, CC0 Creative Commons


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