Wurmlöcher

Wurmlöcher verbinden zwei Punkte im Weltraum durch eine Art Tunnel. Anstatt eine jahrelange Reise durch den Weltraum zu unternehmen, könnte man mit einem Raumschiff die Abkürzung durch das Wurmloch nehmen und würde nach wenigen Minuten das Ziel erreichen. Man stelle sich einen Apfel vor, durch den sich ein Wurm von der einen zur anderen Seite durchgefressen hat. Der Apfel – oder genauer gesagt: die Oberfläche des Apfels – würde das gesamte Universum darstellen, sodass der Wurm tatsächlich eine Abkürzung genommen hätte. Einen noch besseren Vergleich liefert eine Tasse mit einem Henkel. Die Tasse hat ja auch eine gekrümmte Oberfläche. Am Henkel passiert aber etwas Besonderes. Man stelle sich eine Ameise vor, die sich bis zum unteren Ende des Henkels hochgearbeitet hat. Um ans obere Ende des Henkels zu gelangen, kann sie an der Henkeloberfläche entlangkrabbeln. Sie kann aber auch eine Abkürzung nehmen und sich über die eigentliche Tassenoberfläche vom unteren Henkelansatz zum oberen bewegen. Diese Abkürzung entspricht mathematisch noch besser dem Wurmloch, als der Vergleich mit dem Apfel. Die von der Stringtheorie motivierte Gravitationstheorie – die Elementarteilchenphysik mit der Gravitation verbindet – geht von der Existenz solcher Wurmlöchern aus. Auch im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie sind Wurmlöcher tatsächlich möglich. Unsere Welt hat vier Dimensionen: drei Raumdimensionen und die Zeit. Zusammen bilden sie die sogenannte Raumzeit.

Die Gravitation von sehr schweren Objekten, wie Sterne oder Planeten kann eine Krümmung der Raumzeit verursachen. Raum und Zeit sind nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie untrennbar miteinander verbunden. Im Universum ist die Struktur dieser Raumzeit vorgegeben. Wesentlicher Bestandteil kosmologischer Modelle sind die Expansion und Krümmung des Raumes. In einem flachen Raum ist die kürzeste Strecke zwischen zwei Punkten immer eine Gerade. „Es ist allerdings denkbar, dass das Universum in seiner Anfangsphase gekrümmt war. Theoretisch könnte die Raumzeit auch ohne schwere Objekte verbogen und gekrümmt werden. Wissenschaftlern der Universität Heidelberg ist es nun gelungen, in einem Laborexperiment eine effektive Raumzeit zu realisieren, die sich krümmen lässt. Verbindet man auf diese Weise zwei entfernte Punkte im Raum so erhält man ein Wurmloch. Ein solches Wurmloch wäre allerdings instabil. Würde ein Raumschiff hineinfliegen, so würde das Wurmloch sofort zu einem schwarzen Loch kollabieren. Man bräuchte eine exotische Form der Materie um das Wurmloch offen zu halten, sodass ein Raumschiff hindurch fliegen könnte. Der Begriff exotische Materie bezieht sich allgemein auf Teilchen, die nicht aus Elektronen, Protonen und Neutronen aufgebaut sind, und im Speziellen auf hypothetische Materie mit negativer Energiedichte. Letztere Art der Materie wurde bis heute noch nicht beobachtet. Die Vermutung, dass sich exotische Materie im Inneren von Neutronensternen als freie Quarks oder als Bose-Einstein-Kondensat finden lasse, hat sich inzwischen als sehr unwahrscheinlich herausgestellt. Auch Antimaterie ist kein Beispiel für Materie mit negativer Masse, da Antimaterie Masse und damit eine positive Energiedichte hat. Es gibt jedoch noch eine alternative Theorie: die Einstein-Gauss-Bonnet-Dilaton Theorie. In dieser Theorie gibt es stabile Wurmlöcher, die man für interstellare Reisen nutzen könnte. Neuere Theorien wie zum Beispiel die Stringtheorie lassen auf eine Vereinheitlichung von Quantentheorie und Gravitation hoffen. Wird etwa die Einsteinsche Gravitationstheorie durch Korrekturen der Stringtheorie modifiziert, dann können Wurmlöcher mit wesentlich anderen Eigenschaften existieren, so Prof. Dr. Jutta Kunz-Drolshagen und Dr. Burkhard Kleihaus von der Universität Oldenburg, sowie Prof. Dr. Panagiota Kanti von der Ioannina Universität in Griechenland im Jahr 2011. Die neu gefundenen Wurmlöcher benötigten keine „exotische“ Materie, um existieren zu können. „Sie scheinen innerhalb eines bestimmten Parameterbereichs stabil zu sein. Auch könnten diese Wurmlöcher im Prinzip beliebig groß sein, jedoch nicht beliebig klein.