Wenn ein Schwarzes Loch zur Zeitmaschine wird: Wie Information in die Vergangenheit reisen könnte

Es klingt wie der Stoff, aus dem Hollywood-Träume sind: Ein Astronaut nähert sich einem Schwarzen Loch und schickt eine Botschaft an seine Tochter - in der Vergangenheit. Was im Film Interstellar als dramatischer Plot diente, hat nun eine Gruppe von Physikern in eine konkrete mathematische Frage verwandelt. Ihre im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlichte Studie berechnet, wie viel Information tatsächlich durch die Zeit zurückgeschickt werden könnte - und kommt zu einem verblüffenden Ergebnis: Die Gesetze der Physik verbieten es nicht.

Die theoretische Grundlage für diese spekulative Art der Zeitkommunikation lieferte Albert Einstein selbst. Seine Allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass sich die Raumzeit unter dem Einfluss extremer Massen und Rotationen so stark krümmen kann, dass sich die Kausalität gewissermaßen in sich selbst zurückbiegt. Es entstehen sogenannte geschlossene zeitartige Kurven - Pfade in der Raumzeit, auf denen ein Objekt oder Signal theoretisch in seine eigene Vergangenheit reisen könnte. „Die Raumzeit kann sich so stark krümmen, dass man unschuldig in der Zeit vorwärts geht und sich dann selbst in der Vergangenheit begegnet“, erklärt Seth Lloyd, Quanteninformationswissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und Co-Autor der Studie.

Der rotierende Ring der Singularität

Der vielversprechendste Ort für die Existenz solcher zeitartiger Kurven ist die Umgebung eines rotierenden Schwarzen Lochs. Anders als bei einem statischen Schwarzen Loch, dessen Zentrum ein punktförmiger Punkt unendlicher Dichte ist, bildet die Singularität eines rotierenden Schwarzen Lochs einen eindimensionalen Ring. Um diesen Ring herum, so die Theorie, könnten sich geschlossene zeitartige Kurven ausbilden. Ob diese Strukturen im Universum tatsächlich existieren, ist ungewiss. „Wir wissen, dass Schwarze Löcher im All reichlich vorhanden sind und die meisten von ihnen rotieren“, sagt Lloyd. „Sie könnten also sehr wohl existieren.“

Die Inspiration für die neue Untersuchung kam, wie so oft in der Wissenschaft, aus einer unerwarteten Quelle. Kaiyuan Ji, Doktorand an der Cornell University und Erstautor der Studie, sah Anfang 2025 den Science-Fiction-Film Interstellar. Ihm wurde klar, dass die filmische Handlung - ein Astronaut, der nahe einem Schwarzen Loch eine Nachricht in die Vergangenheit sendet - mathematisch exakt einem Problem entsprach, das er und seine Kollegen zuvor in einem anderen Kontext formuliert hatten. Gemeinsam mit seinem Betreuer Mark Wilde und Seth Lloyd machte er sich daran, die Informationsübertragung durch geschlossene zeitartige Kurven quantitativ zu modellieren.

Das Rauschen der Zeit überlisten

Das Team betrachtete einen solchen Kanal nicht als perfekte Leitung, sondern als ein reales physikalisches System mit Störungen - einem gewissen Rauschen, das die Übertragung beeinträchtigt. Der entscheidende Unterschied zu einer normalen Kommunikation liegt in der Struktur der Kausalität. „Die Strategie hat eine andere Struktur als die Kommunikation vorwärts in der Zeit“, erläutert Ji. „Der Schlüsselunterschied ist, dass der Sender in der Zukunft eine Erinnerung daran hat, was in der Vergangenheit passiert ist. Das verursacht eine kausale Schleife. Man hat nun die Fähigkeit, die Erfolgswahrscheinlichkeit zu beeinflussen.“

Diese Rückkopplungsschleife eröffnet eine bemerkenswerte Möglichkeit zur Fehlerkorrektur. Lloyd beschreibt das Szenario so: „Angenommen, Sie werfen eine Nachricht in der Zukunft in ein Schwarzes Loch und sie taucht in der Vergangenheit aus demselben Schwarzen Loch wieder auf, aber die Nachricht wird beschädigt oder Teile gehen verloren. Der Empfänger in der Vergangenheit kann sagen: ‚Hey, wenn du mir letzten Dienstag eine Nachricht schicken willst, ich weiß, dass die geschlossene zeitartige Kurve damals extrem verrauscht war. Kannst du mehrere Kopien schicken oder es am Mittwoch versuchen?‘“

Die Forscher konnten zeigen, dass das Gedächtnis des Senders an die Vergangenheit tatsächlich dazu genutzt werden kann, die störenden Effekte des Rauschens teilweise zu kompensieren und die übertragbare Informationsmenge zu erhöhen. Dies ist ein fundamental neuer Aspekt, der die Kommunikation durch die Zeit von jeder herkömmlichen Datenübertragung unterscheidet.

Kein Großvater-Mord erlaubt

Die vielleicht beruhigendste Erkenntnis aus der bisherigen Forschung zu geschlossenen zeitartigen Kurven betrifft die logische Konsistenz. Das berüchtigte Großvater-Paradoxon - die Vorstellung, ein Zeitreisender könnte in die Vergangenheit reisen und seinen eigenen Großvater töten, wodurch er selbst nie geboren würde - scheint durch die Quantenmechanik ausgeschlossen zu sein. Bereits 2011 hatte ein Team um Seth Lloyd in einem Laborexperiment geschlossene zeitartige Kurven simuliert und ein einzelnes Photon effektiv um weniger als eine Sekunde in die Vergangenheit geschickt. Das Ergebnis: Die Quantenphysik erlaubt nur selbstkonsistente Versionen von Zeitreisen. Man kann die Vergangenheit besuchen, aber nicht die Zukunft verändern.

Giulio Chiribella, Quanteninformationswissenschaftler an der University of Hong Kong, der nicht an der Studie beteiligt war, sieht in diesen theoretischen Arbeiten einen Wert, der über die reine Spekulation hinausgeht. „Wir wissen nicht, ob diese Kurven in unserem Universum existieren, aber wir wissen, dass sie, falls sie existieren, mächtige Konsequenzen haben“, sagt er. „Zum Beispiel erzeugen sie radikal neue Szenarien, in denen die Reihenfolge von Ereignissen unbestimmt wird, was Quantencomputer und Quantenkommunikation über die Grenzen konventioneller Anordnungen hinaus verstärkt.“

Die Forschung zu geschlossenen zeitartigen Kurven ist damit mehr als eine exotische Spielerei der theoretischen Physik. Sie zwingt uns, die grundlegendsten Annahmen über die Natur von Ursache und Wirkung zu überdenken. Auch wenn niemand ernsthaft damit rechnet, in naher Zukunft eine Nachricht an sein jüngeres Ich schicken zu können, liefern diese Studien wichtige Impulse für das Verständnis der Quantengravitation und der fundamentalen Struktur der Raumzeit. Die vielleicht faszinierendste Implikation aber bleibt: Die mathematischen Gesetze, die unser Universum beschreiben, schließen die Möglichkeit einer Kommunikation mit der Vergangenheit nicht kategorisch aus.

Quellen:

• World Cup camera coverage poses a moving math puzzle (Scientific American)
• Can black holes send information back in time? (Scientific American)
• How Japanese scientists sent a real-life Transformer to the moon (Space.com)
• SpaceX lifts off in record Wall Street debut (Phys.org)
• Science fiction? Musk’s lofty SpaceX goals unrealistic, skeptics say (Phys.org)
• NASA’s Chandra Discovers Possible Supernova Remnant in Galactic Center (NASA - Breaking News)

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