Wurmlöcher werden oft als Tunnel durch Raum oder Zeit vorgestellt — Abkürzungen durch das Universum. jedoch beruht dieses Bild auf einem Missverständnis der Arbeiten der Physiker Albert Einstein und Nathan Rosen.

Im Jahr 1935, während ihrer Untersuchungen zum Verhalten von Teilchen in Regionen extremer Gravitation, führten Einstein und Rosen das Konzept einer „Brücke“ ein: ein mathematischer Zusammenhang zwischen zwei perfekt symmetrischen Kopien der Raum-Zeit. Diese Idee war nicht als Durchgang für Reisen gedacht, sondern sollte die Konsistenz zwischen Gravitation und Quantenphysik sichern. Erst später wurde die Einstein-Rosen-Brücke mit Wurmlöchern verbunden, obwohl dies wenig mit der ursprünglichen Idee zu tun hatte.

Aktuelle Forschungen zeigen jedoch, dass die ursprüngliche Einstein-Rosen-Brücke auf etwas weitaus Merkwürdigeres — und Grundlegenderes — hindeutet als ein Wurmloch.

Ein faszinierendes Rätsel

Das Rätsel, mit dem Einstein und Rosen konfrontiert waren, drehte sich nie um Raumreisen, sondern um das Verhalten von Quantenfeldern in gekrümmter Raum-Zeit. Aus dieser Perspektive agiert die Einstein-Rosen-Brücke wie ein Spiegel in der Raum-Zeit: eine Verbindung zwischen zwei mikroskopischen Zeitpfeilen.

Die Quantenmechanik regelt die Natur auf den kleinsten Skalen, wie etwa Partikel, während Einsteins allgemeine Relativitätstheorie auf Gravitation und Raum-Zeit Anwendung findet. Die Vereinheitlichung beider bleibt eine der tiefsten Herausforderungen der Physik. Unsere neue Interpretation könnte möglicherweise einen Weg zur Überbrückung dieser Kluft bieten.

Ein missverstandenes Erbe

Die „Wurmloch“-Interpretation entstanden Jahrzehnte nach den Arbeiten von Einstein und Rosen, als Physiker darüber spekulierten, wie man von einer Seite der Raum-Zeit zur anderen gelangen könnte, besonders in den Forschungen der späten 1980er Jahre. Diese Analysen verdeutlichten jedoch auch, wie spekulativ diese Idee war: Innerhalb der allgemeinen Relativitätstheorie ist eine solche Reise verboten. Die Brücke verschließt sich schneller als das Licht sie durchqueren könnte, was sie nicht durchquerbar macht. Daher sind Einstein-Rosen-Brücken instabil und nicht beobachtbar — mathematische Strukturen, keine Portale.

Trotzdem blühte die Wurmlochmetapher in der Popkultur und in spekulativer theoretischer Physik auf. Die Vorstellung, dass schwarze Löcher entfernte Regionen des Kosmos verbinden — oder sogar als Zeitmaschinen fungieren — inspirierte unzählige Artikel, Bücher und Filme.

Es fehlt jedoch an beobachtbaren Beweisen für makroskopische Wurmlöcher oder an überzeugenden theoretischen Gründen, sie innerhalb von Einsteins Theorie zu erwarten. Obwohl spekulative Erweiterungen der Physik — wie exotische Materiearten oder Modifikationen der allgemeinen Relativitätstheorie — vorgeschlagen wurden, um solche Strukturen zu unterstützen, sind sie unbewiesen und höchst hypothetisch.

Zwei Zeitpfeile

Unsere aktuellen Arbeiten überdenken das Rätsel der Einstein-Rosen-Brücke unter Verwendung einer modernen quantenmechanischen Interpretation der Zeit, basierend auf Ideen von Sravan Kumar und João Marto. Die meisten grundlegenden Gesetze der Physik unterscheiden nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft oder zwischen links und rechts. Wenn Zeit oder Raum in ihren Gleichungen umgekehrt werden, bleiben die Gesetze gültig. Diese Symmetrien ernst zu nehmen, führt zu einer anderen Interpretation der Einstein-Rosen-Brücke.

Anstatt als Tunnel durch den Raum zu fungieren, kann sie als zwei komplementäre Komponenten eines quantenmechanischen Zustands verstanden werden. In einem fließt die Zeit vorwärts; im anderen fließt sie rückwärts aus ihrer spiegelverkehrten Position.

Diese Symmetrie ist kein philosophisches Präferenz, sondern ein notwendiges Element. Sobald Unendlichkeiten ausgeschlossen sind, muss die quantenmechanische Evolution auf mikroskopischer Ebene vollständig und reversibel bleiben — selbst in der Gegenwart von Gravitation.

Die „Brücke“ drückt das aus, was beide Zeitkomponenten für die Beschreibung eines vollständigen physikalischen Systems notwendig macht. In gewöhnlichen Situationen ignorieren Physiker die zeitumgekehrte Komponente, indem sie einen einzelnen Zeitpfeil wählen.

Doch in der Nähe von schwarzen Löchern oder in sich ausdehnenden und zusammenziehenden Universen müssen beide Richtungen für eine konsistente quantenmechanische Beschreibung einbezogen werden. Hier entstehen natürlich Einstein-Rosen-Brücken.

Die Lösung des Informationsparadoxons

Auf mikroskopischer Ebene ermöglicht die Brücke den Informationsaustausch über das, was uns als Ereignishorizont erscheint — einen Punkt ohne Wiederkehr. Informationen verschwinden nicht; sie entwickeln sich weiter, jedoch in die entgegengesetzte, spiegelverkehrte temporale Richtung.

Dieser Rahmen bietet eine natürliche Lösung für das berühmte Informationsparadoxon schwarzer Löcher. Im Jahr 1974 zeigte Stephen Hawking, dass schwarze Löcher Wärme abstrahlen und schließlich verdampfen können, wodurch anscheinend alle Informationen darüber, was in sie gefallen ist, ausgelöscht werden — was dem quantenmechanischen Prinzip widerspricht, dass die Evolution Informationen bewahren muss.

Das Paradox entsteht nur, wenn wir darauf bestehen, Horizonte mit einem einzelnen, einseitigen Zeitpfeil bis zur Unendlichkeit zu beschreiben — eine Annahme, die die Quantenmechanik selbst nicht erfordert. Wenn die vollständige quantenmechanische Beschreibung beide Zeitrichtungen umfasst, geht nichts wirklich verloren. Informationen verlässt unsere Zeitrichtung und taucht entlang der rückgekehrten wieder auf. Vollständigkeit und Kausalität werden bewahrt, ohne auf exotische neue Physik zurückgreifen zu müssen.

Diese Konzepte sind schwer zu begreifen, da wir makroskopische Wesen sind, die nur eine Richtung der Zeit erfahren. Auf alltäglichen Skalen tendiert Unordnung — oder Entropie — dazu, zuzunehmen. Ein hoch geordneter Zustand entwickelt sich natürlich zu einem ungeordneten, niemals umgekehrt. Dies gibt uns einen Zeitpfeil.

Doch die Quantenmechanik erlaubt subtileres Verhalten. Interessanterweise könnte der Beweis für diese verborgene Struktur bereits existieren. Der kosmische Mikrowellenhintergrund — das Nachglühen des Urknalls — zeigt eine kleine, aber anhaltende Asymmetrie: eine Vorliebe für eine räumliche Orientierung gegenüber ihrem Spiegelbild.

Diese Anomalie hat Kosmologen über zwei Jahrzehnte hinweg verwirrt. Standardmodelle weisen ihr eine extrem geringe Wahrscheinlichkeit zu — es sei denn, die spiegelnden quantenmechanischen Komponenten werden einbezogen.

Echos eines vorherigen Universums?

Dieses Bild verbindet sich natürlich mit einer tiefergehenden Möglichkeit. Was wir als „Urknall“ bezeichnen, könnte nicht der absolute Anfang, sondern ein Rückprall — ein quantenmechanischer Übergang zwischen zwei zeitlich umgekehrten Phasen der kosmologischen Evolution — gewesen sein.

In einem solchen Szenario könnten schwarze Löcher als Brücken nicht nur zwischen Zeitrichtungen fungieren, sondern auch zwischen verschiedenen kosmologischen Epochen. Unser Universum könnte das Innere eines schwarzen Lochs bilden, das in einem anderen, vorangegangenen Kosmos entstand. Das könnte als geschlossener Raum-Zeit-Bereich entstanden sein, der kollabierte, zurückprallte und begann, sich auszudehnen, genau wie das Universum, das wir heute beobachten.

Wenn dieses Bild korrekt ist, bietet es auch einen Weg für Beobachtungen, um zu entscheiden. Relikte aus der Phase vor dem Rückprall — wie kleinere schwarze Löcher — könnten die Transition überstanden haben und in unserem sich ausdehnenden Universum wieder auftauchen. Ein Teil der unsichtbaren Materie, die wir dunkler Materie zuschreiben, könnte in der Tat aus solchen Relikten bestehen.

In dieser Sicht könnte der Urknall aus Bedingungen in einer vorhergehenden Kontraktion entstanden sein. Wurmlöcher sind nicht nötig: die Brücke ist zeitlich, nicht räumlich — und der Urknall wird zu einem Tor, nicht zu einem Anfang.

Diese Neudeutung der Einstein-Rosen-Brücken bietet keine Abkürzungen durch Galaxien, keine Zeitreisen und keine science-fiction Wurmlöcher oder hyperspektralen Phänomene. Was sie jedoch bietet, ist weit tiefer. Sie liefert ein konsistentes quantenmechanisches Bild der Gravitation, in dem die Raum-Zeit ein Gleichgewicht zwischen entgegengesetzten Zeitrichtungen verkörpert — und in dem unser Universum möglicherweise eine Geschichte vor dem Urknall hatte.

Sie hebt nicht Einsteins Relativitätstheorie oder die Quantenphysik auf — sie vervollständigt sie. Die nächste Revolution in der Physik könnte uns nicht schneller als das Licht machen — aber sie könnte offenbaren, dass die Zeit, tief in der mikroskopischen Welt und in einem zurückprallenden Universum, in beide Richtungen fließt.