Einstein hat Recht behalten: Forschern gelingt erstmals "Zeitreise"

Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Sie sind in Ihren Vierzigern und möchten bei einer Verabredung so aussehen wie vor zwanzig Jahren. Während dies in der konventionellen physikalischen Welt unerreichbar sein mag, ist es im Quantenbereich, wo die grundlegenden Bausteine der gesamten Realität subatomare Teilchen sind, nicht ausgeschlossen, wie eine kürzlich im Wissenschaftsmagazin Optica veröffentlichte Studie zeigt. Laut dieser ist es einem Forschungsteam um Miguel Navascués vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Zusammenarbeit mit Forschern von der Universität Wien gelungen, den Zeitfluss in beliebigen, auch unkontrollierbaren Quantensystemen zu beschleunigen, zu verlangsamen und sogar umzukehren – also einen Zeitsprung auf Quantenebene zu vollführen. 

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Allgemein wird angenommen, dass die grundlegenden physikalischen Regeln, die wir in der Schule lernen, alles bestimmen, was wir erleben. Wissenschaftler, die sich mit Quantenphysik befassen, sind sich jedoch einig, dass sie das subatomare Universum, das die gesamte Realität auf kleinster Ebene bildet, nicht vollständig verstehen können. So gibt es in diesem unsichtbaren Kosmos etwa genügend Beweise für Phänomene wie Überlagerung (ein Teilchen kann sich in einem Zustand, in einem anderen oder in beiden gleichzeitig befinden), Verschränkung (wenn sich die Einwirkung auf ein Teilchen sofort auf das andere auswirkt, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind), Telepathie und sogar Teleportation.

Dank der Bemühungen von Navascués und seinen Kollegen kann zu dieser Liste nun eine Art Zeitreise hinzugefügt werden. Denn im Rahmen ihrer Experimente konnten sie belegen, dass diese Quantenteilchen verjüngt oder in einen früheren Zustand zurückversetzt werden können. Navascués vergleicht das Phänomen mit verschiedenen Kinoerlebnissen. "In einem Kino (klassische Physik) wird ein Film von Anfang bis Ende projiziert, unabhängig davon, was das Publikum will", erklärte er der spanischen Zeitung El País. "Aber zu Hause (in der Quantenwelt) haben wir eine Fernbedienung, um den Film zu manipulieren. Wir können zu einer vorherigen Szene zurückspulen oder mehrere Szenen überspringen."

Somit konnte der Quantenzustand von Photonen im Rahmen der Experimente sowohl in bereits vergangene Zustände zurückversetzt als auch in zukünftige Zustände versetzt werden, während die dazwischenliegenden Zustände übersprungen wurden. Dies wurde von den Forschern theoretisch und experimentell demonstriert, indem sie ein Photon durch einen Kristall laufen ließen. Mithilfe einer experimentellen Vorrichtung, die als "Quantenschalter" bezeichnet wird, kehrt das einzelne Lichtphoton dann in seinen vorherigen Zustand zurück, bevor es seinen weiteren Weg antritt. In gewisser Weise handelt es sich dabei allerdings weniger um Zeitreisen im Stile von Doc Brown als vielmehr um die Umkehrung oder anderweitige Veränderung der Zustände von Quantenteilchen oder um "Zeitübersetzung", wie Navascués in der Studie beschreibt.  

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Auch ist das Phänomen nicht mit einer Rückspultaste am Fernseher zu vergleichen, denn normalerweise können die Zuschauer sehen, wie der Film von Punkt A zu Punkt B springt. In der Quantenmechanik führt jedoch die bloße Beobachtung eines Systems dazu, dass es sich verändert, was es unmöglich macht, den zeitlichen Verlauf eines Systems zu verfolgen. Entscheidend ist, dass diese Rückspulprotokolle trotzdem funktionieren, weil sie durchgeführt werden können, ohne dass man die Veränderungen oder die "innere Dynamik" des Systems kennt, so die Wissenschaftler. Diese außergewöhnlichen physikalischen Prozesse, die den Fluss der Zeit verändern können, sind somit allgemeiner Natur: Sie wirken sich auf alle Teilchen gleich aus, unabhängig von ihrer Beschaffenheit oder ihren Wechselwirkungen mit anderen Systemen.

Und diese Quantenzeitmaschine funktioniert nicht nur in eine Richtung – Navascués sagte, dass sie auch eine Methode gefunden hätten, um in der evolutionären Zeit vorwärtszugehen. Gegenüber El País erklärte er: "Um ein System in einem Jahr um zehn Jahre altern zu lassen, muss man die anderen neun Jahre irgendwoher bekommen. In einem einjährigen Experiment mit zehn Systemen kann man jedem der ersten neun Systeme ein Jahr stehlen und sie alle dem zehnten System geben. Am Ende des Jahres wird das zehnte System um 10 Jahre gealtert sein, während die anderen neun Systeme so bleiben, wie sie zu Beginn des Experiments waren."

Wenn das Leben einen Rückspulknopf hätte, würden Sie ihn dann nicht benutzen? Wenn Sie nun aber hoffen, ihren Alterungsprozess schon in naher Zukunft stoppen oder gar umkehren zu können, muss ich Sie enttäuschen. Leider lassen sich diese Science-Fiction-Erkenntnisse aus der Quantenwelt bisher noch nicht auf Menschen übertragen. Denn ein einziger Mensch trägt eine unvorstellbare Menge an Informationen an Photonen in sich, die dann auch alle "verjüngt" werden müssten. Bis es Forschern gelingen wird, den menschlichen Körper um nur eine Sekunde zu verjüngen, werden nach Ansicht der Wissenschaftler vermutlich noch viele Jahre vergehen.

Theoretisch wäre es natürlich möglich, diese Technik am Menschen anzuwenden, so die an der Studie beteiligten Forscher. Dafür müsste die Versuchsperson jedoch in einem geschlossenen Raum ohne externe Einflüsse sein. Entsprechend wäre man dann in der Lage, die Teilchen, aus denen der Mensch besteht, ebenfalls mithilfe der Quantenschalter zu bewegen. Allerdings würde diese Zeitreise unglaublich lange dauern. Zudem würde sich die Person dann nur allein in der Zeit zurück- oder vorbewegen – und ohne den Rest der Welt. Mit Zeitreisen, wie man sie aus "Zurück in die Zukunft" kennt, ist dieser Mechanismus nicht vergleichbar.

Doch für die Teams der ÖAW und der Universität Wien geht es nicht darum, in die ferne Zukunft zu jetten, sondern darum, die Leistungsfähigkeit von Quantenprozessoren zu erhöhen, indem man sie mit der Möglichkeit ausstattet, Fehler in einem System rückgängig zu machen.

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