Das Konzept der Zeitreise ist seit langem ein fester Bestandteil der Science-Fiction, aber im Bereich der theoretischen Physik ist es mehr als nur ein Handlungsinstrument. Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass, wenn wir Nachrichten in die Vergangenheit senden könnten, diese tatsächlich zuverlässiger sein könnten als Nachrichten, die in die Zukunft gesendet werden – selbst wenn die Verbindung schlecht ist.
Die Physik der Zeitschleifen
Gemäß Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie kann das Gefüge der Realität – Raumzeit – gebogen und verzerrt werden. Eine theoretische Lösung dieser Gleichungen ist die Closed Time-like Curve (CTC). Ein CTC ist im Wesentlichen eine Schleife in der Raumzeit, die es einem Objekt ermöglicht, in die Zukunft zu reisen und schließlich in seine eigene Vergangenheit zurückzukehren.
Während die Schaffung eines CTC im kosmischen Maßstab astronomische Energiemengen erfordern würde, suchen Physiker nach einer Lösung in der Quantenwelt. Konkret untersuchen sie die Quantenverschränkung, bei der zwei Teilchen so verbunden bleiben, dass der Zustand des einen den anderen unabhängig von der Entfernung sofort beeinflusst. Einige Theoretiker gehen davon aus, dass es sich bei dieser augenblicklichen Verbindung tatsächlich um eine Form von Informationen handeln könnte, die in der Zeit zurückreisen.
Der Durchbruch beim „Noisy Channel“.
Im Jahr 2010 setzten der MIT-Forscher Seth Lloyd und sein Team erfolgreich Photonen ein, um einen Quanten-CTC nachzuahmen und ein Teilchen effektiv einige Nanosekunden in die Vergangenheit zu schicken. Eine große Hürde in jedem Kommunikationssystem ist jedoch Rauschen – Störungen, die ein Signal beeinträchtigen, ähnlich wie statische Störungen auf einer Telefonleitung.
In einer neuen Studie untersuchten Lloyd und seine Kollegen mithilfe der Informationstheorie, was passiert, wenn ein zeitreisender Kommunikationskanal „brüchig“ und unzuverlässig wird. Ihre Ergebnisse waren kontraintuitiv:
- Konventionelle Nachrichtenübermittlung: In einer standardmäßigen vorwärtsgerichteten Zeitleiste zerstört Rauschen schnell die Klarheit einer Nachricht.
- Rückwärtsnachrichten: Eine Nachricht, die über einen verrauschten CTC gesendet wird, ist tatsächlich besser als eine Standardnachricht, die über einen identisch verrauschten Vorwärtskanal gesendet wird.
Warum die Vergangenheit zuverlässiger ist
Das Geheimnis dieses Phänomens liegt im Konzept von Feedback und Erinnerung.
Um dies zu veranschaulichen, verwiesen die Forscher auf den Höhepunkt des Films „Interstellar“, in dem eine Figur Botschaften in die Vergangenheit sendet, indem sie das Uhrwerk manipuliert. Im mathematischen Sinne hat der „Absender“ in der Zukunft einen deutlichen Vorteil: Er kennt das Ergebnis bereits.
„Der Vater merkt sich, wie die Tochter seine zukünftige Botschaft entschlüsselt, damit er sich selbst darüber informieren kann, wie er die Nachricht am besten verschlüsseln kann“, erklärt der Forscher Kaiyuan Ji.
Da der Absender über eine Erinnerung daran verfügt, wie die Nachricht in der Vergangenheit empfangen wurde, kann er seine Codierungsstrategie anpassen, um das Rauschen zu kompensieren. Dadurch entsteht eine selbstkorrigierende Schleife, die der standardmäßigen linearen Kommunikation fehlt.
Von der Science-Fiction zur praktischen Wissenschaft
Während wir noch lange nicht in der Nähe einer physischen Zeitmaschine sind, gehen die Implikationen dieser Forschung weit über Science-Fiction hinaus. Die Studie bietet eine neue Möglichkeit zu verstehen, wie verschiedene Arten von Feedback Kommunikationsprotokolle optimieren können.
Auch wenn „echte“ Zeitreisen weiterhin unmöglich bleiben, kann das hier entwickelte mathematische Rahmenwerk auf verrauschte Kanäle in der realen Welt angewendet werden. Durch die Untersuchung, wie sich Informationen in diesen theoretischen Schleifen verhalten, können Wissenschaftler effizientere Wege zur Datenübertragung über herkömmliche, zukunftsweisende Netzwerke entdecken.
Schlussfolgerung: Während physikalische Zeitreisen vorerst theoretisch eine Unmöglichkeit bleiben, zeigt die Untersuchung „verrauschter“ Zeitschleifen, dass die Verwendung zukünftiger Informationen zur Korrektur vergangener Fehler unser Verständnis davon, wie Daten zuverlässig übertragen werden, grundlegend verändern könnte.
