Quelltext der Seite Wurmloch

{{Dieser Artikel|behandelt das Wurmloch in der Relativitätstheorie. Für das gleichnamige Dorf in Siebenbürgen siehe [[Valea Viilor]].}}
[[Datei:Wormhole-demo.png|hochkant=1.3|mini|Veranschaulichung eines Wurmlochs in einem zweidimensionalen Universum. Sowohl ein Weg entlang des roten als auch einer entlang des grünen Pfeils ist im blauen, zweidimensionalen Raum eine [[Gerade]].]]
'''Wurmlöcher''' sind theoretische Gebilde, die sich aus speziellen Lösungen ([[Kruskal-Lösung]]en) der [[Einsteinsche Feldgleichungen|Feldgleichungen]] der [[Allgemeine Relativitätstheorie|allgemeinen Relativitätstheorie]] ergeben. Erstmals wurden sie im Jahre 1916 von [[Ludwig Flamm]] sowie erneut im Jahre 1935 von [[Albert Einstein]] und [[Nathan Rosen]] beschrieben. Sie werden daher auch '''Einstein-Rosen-Brücke''' genannt.<ref>Albert Einstein, Nathan Rosen: ''The Particle Problem in the General Theory of Relativity''. In ''[[Physical Review]]'' Vol. 48 [https://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.48.73] (PDF)</ref> Der englische Begriff ''wormhole'' wurde 1957 von [[John Archibald Wheeler]] geprägt.<ref>Charles W. Misner, John A. Wheeler: ''Classical physics as geometry''. In: ''Annals of Physics'', 2, Issue 6, 12/1957, S. 525–603, {{bibcode|1957AnPhy...2..525M}}.</ref> Der Name ''Wurmloch'' stammt von der [[Analogismus|Analogie]] mit einem Wurm, der sich durch einen Apfel hindurchfrisst. Er verbindet damit zwei Seiten desselben Raumes (der Oberfläche) mit einem Tunnel. Das veranschaulicht das Merkmal der Kruskal-Lösungen, zwei Orte im Universum zu verbinden.

== Theoretische Grundlage ==
[[Datei:Wurmloch.jpg|mini|hochkant=1.3|Simulation des Blicks in ein Wurmloch, welches den Vorplatz des physikalischen Instituts in Tübingen mit einer Dünenlandschaft am Ärmelkanal verbindet]]
Die allgemeine Relativitätstheorie erweitert den anschaulichen [[Euklidischer Raum|euklidischen Raum]] der Alltagserfahrung zum allgemeineren Gebilde der [[Raumzeit]]. Mathematisch ist die Raumzeit eine vierdimensionale, [[pseudo-riemannsche Mannigfaltigkeit]]. Jegliche Form von Energie, wie etwa Masse, Licht oder elektrische Ladung, verändert geometrische Eigenschaften der Raumzeit, die wiederum selbst einen Einfluss auf die Bewegung der im Gebiet befindlichen Objekte haben. Dieser Einfluss ist die [[Gravitation]]. Man spricht dabei allgemein von einer ''Krümmung'' der Raumzeit. Hierbei sei angemerkt, dass es ein häufiger Fehler ist, wenn nur von einer Krümmung des Raumes gesprochen wird, da auch die Zeit verzerrt wird, wodurch Effekte wie die gravitative [[Zeitdilatation|Zeitdehnung]] auftreten.

Das Gravitationsfeld einer spezifischen Energieverteilung ist eine Lösung der [[Einsteinsche Feldgleichungen|Einsteingleichungen]]. Die einfachste ist die [[Schwarzschildlösung|Schwarzschild-Lösung]], die das Gravitationsfeld einer homogenen, nicht geladenen und nicht rotierenden Kugel beschreibt. Sie beschreibt in guter Näherung auch das Gravitationsfeld der Erde oder eines Sterns im Außenraum. Fällt ein Stern hingegen zu einem [[Schwarzes Loch|Schwarzen Loch]] zusammen, genügt die Schwarzschild-Lösung nicht, um das ganze Gebilde zu beschreiben. Am [[Ereignishorizont]] des Objekts findet sich eine [[Koordinatensingularität]], über die die Schwarzschild-Koordinaten nicht hinausreichen. Es handelt sich jedoch nicht um eine ''physikalische'' Singularität, da sie sich durch Wahl neuer Koordinaten beheben lässt – in Form der [[Kruskal-Szekeres-Koordinaten]], die auch die Raumzeit im Innern des Ereignishorizontes beschreiben. Es gibt neben dem Außen- und Innenraum des Schwarzen Loches noch dazu äquivalente, gespiegelte Räume. Somit zeichnet sich ein möglicher Übergang zu einem [[Weißes Loch|Weißen Loch]] ab, aus dem Materie zwar austreten, in das sie aber nicht eindringen kann.

Die Verbindung zwischen den beiden Gravitationsanomalien wird als ''Einstein-Rosen-Brücke'' und das gesamte Objekt als ''Wurmloch'' bezeichnet, speziell bei Verbindung eines Schwarzen Lochs und eines Weißen Lochs als ''Schwarzschild-Wurmloch,'' das nur in eine Richtung durchquerbar ist. Prinzipiell ist es denkbar, dass Wurmlöcher zwei Orte derselben Raumzeit oder zwei unterschiedliche Raumzeiten eines [[Multiversum]]s miteinander verbinden.

== Modelle ==
Es gibt bislang keine experimentellen Beweise für Wurmlöcher. Wheeler und Fuller zeigten 1962, dass Wurmlöcher in der allgemeinen Relativitätstheorie instabil sind – ohne Effekte der Quantenverschränkung zu berücksichtigen.<ref>Robert A. Fuller, John Archibald Wheeler: ''Causality and Multiply-Connected Space-Time.'' Physical Review, Band 128, 1962, 919.</ref> Einige Wissenschaftler wie [[Kip Thorne]]<ref>Michael Morris, Kip Thorne, Ulvi Yurtsever: ''Wormholes, time machines and the weak energy condition.'' Phys. Rev. Lett., 61, 1988, 1446–1449, [http://authors.library.caltech.edu/9262/1/MORprl88.pdf caltech.edu] (PDF; 677&nbsp;kB)</ref> berechneten, dass eine Instabilität der Wurmlochverbindung nur durch ''[[exotische Materie]]'' zu verhindern wäre. Er konstruierte bei Annahme von deren Existenz Modelle in beiden Richtungen durchquerbarer Wurmlöcher (Morris-Thorne-Wurmloch 1988).

[[Stephen Hawking]] schloss nicht völlig aus, dass hineinfallende Teilchen normaler [[Materie (Physik)|Materie]] ein Wurmloch schnell zusammenbrechen lassen. Im Buch ''[[Das Universum in der Nussschale]]'' erwog er praktische Auswirkungen von Wurmlöchern.

Die exotische Materie müsste in dem Raumgebiet, wo das Wurmloch sein soll, [[Antigravitation|antigravitativ]] wirken – mit negativer mittlerer [[Energiedichte]]. Bisher ist unbekannt, wie solche Materie herzustellen wäre, geschweige denn, wie man damit Wurmlöcher baut. Schätzungen besagen, dass für ein Wurmloch mit einem Meter Durchmesser exotische Materie von der Masse des [[Jupiter (Planet)|Jupiters]] notwendig wäre.
Eventuell sind nur [[Mikroskopie|mikroskopische]] Wurmlöcher (von der Größe weniger [[Atomradius|Atomradien]]) möglich, wenn exotische Materie beziehungsweise negative Energiedichten im Spiel sind.
[[Matt Visser]] von der Victoria-Universität ([[Wellington]])<!-- http://www.mcs.vuw.ac.nz/ --> nahm an, dass winzige Mengen exotischer Materie zur Erzeugung von Wurmlöchern ausreichen<!-- Quellen u.&nbsp;a.: http://science.orf.at/science/news/77746 – http://www.wissenschaft.de/wissen/news/214466.html – http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000090000020201102000001&idtype=cvips&gifs=yes -->.<ref>Matt Visser: ''Traversable worm holes: some simple examples''. In: ''Phys. Rev. D'', 39, 1989, S. 3182–3184, {{arXiv|0809.0907}}.</ref> Visser spekulierte, dass Varianten von [[Kosmischer String|kosmischen Strings]] Wurmlöcher in der Frühzeit des Universums erzeugt haben könnten, die heute über den [[Gravitationslinseneffekt]] beobachtbar wären.<ref>John G. Cramer, R. Forward, M. Morris, M. Visser, G. Benford, G. Landis: ''Natural wormholes as gravitational lenses''. In: ''Phys. Rev. D'', 51, 1995, 3117–3120, {{arXiv|astro-ph/9409051}}.</ref>

Theoretisch wäre es möglich, aus einem passierbaren Wurmloch eine Zeitmaschine zu machen,<ref>Darauf wurde schon in Morris, Thorne, Yurtsever, loc. cit. 1988, hingewiesen.</ref> indem ein Ende auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt wird, ähnlich wie im [[Zwillingsparadoxon]]. Die Diskussion darum, welche Schutzmechanismen (eventuell unter Einbeziehung der Quantentheorie) dies hier und in anderen Fällen<ref>Zuerst konstruierte [[Kurt Gödel]] kosmologische Lösungen der allgemeinen Relativitätstheorie mit geschlossenen zeitartigen Kurven (Zeitreisen).</ref> verhindern (Chronology Protection Hypothesis), wird zum Beispiel in dem Buch von Kip Thorne ''Black holes and time warps'' geschildert.<ref>Thorne: ''Black holes and time warps.'' Norton, 1994.</ref><ref>Matt Visser: ''The quantum physics of chronology protection.'' In: Gibbons u.&nbsp;a.: ''The future of theoretical physics and cosmology.'' Cambridge University Press, 2003 (Hawking-Festschrift), {{arXiv|gr-qc/0204022}}.</ref>

Ping Gao, [[Daniel Louis Jafferis]] und [[Aron C. Wall]]<ref>Ping Gao, Daniel Jafferis, Aron Wall: ''Traversable Wormholes via a Double Trace Deformation''. 2016, {{arXiv|1608.05687}}.</ref><ref>Natalie Wolchover: [https://www.quantamagazine.org/newfound-wormhole-allows-information-to-escape-black-holes-20171023/ ''Newfound Wormhole Allows Information to Escape Black Holes''.] Quanta Magazine, 23. Oktober 2017.</ref> fanden 2016 eine neue Art prinzipiell durchquerbarer Wurmlöcher, die keiner exotischer Materie negativer Energiedichte bedarf. Sie bauten auf die ER-EPR-Vermutung von [[Juan Maldacena]] und [[Leonard Susskind]] auf, die die Äquivalenz von speziellen Wurmlöchern und Paaren quantenverschränkter Teilchen (EPR-Paare) postuliert und von diesen für die Lösung des [[Informationsparadoxon Schwarzer Löcher|Informationsparadoxons Schwarzer Löcher]]<ref>Juan Maldacena, Douglas Stanford, Zhenbin Yang: ''Diving into transversable wormholes''. 2017, {{arXiv|1704.05333}}.</ref> und dessen Verschärfung im Feuerwand-Paradoxon von [[Joseph Polchinski]] benutzt wurde (außerdem sahen die Urheber darin ein neues Bild der Quantengravitation bzw. einer stabilen quantisierten Raumzeit, deren Existenz der Quantenverschränkung zu verdanken ist).
Gao, Jafferis und Wall fanden, dass ihr Szenario mathematisch äquivalent zu einer Beschreibung der [[Quantenteleportation]] ist, die damit ebenfalls neu interpretiert wurde.<ref>Susskind, Ying Zhao: ''Teleportation through the wormhole''. 2017, {{arXiv|1707.04354}}.</ref> Die im Schwarzen Loch ''verschwundene'' Information taucht am zweiten Schwarzen Loch, das über das Wurmloch mit dem ersten kausal verbunden ist, wieder auf. Beide sind quantenverschränkt. Die Information verschwand daher nicht.
Es kommt dabei nicht zum Aufschaukeln der Verschränkungen wie im Feuerwand-Paradoxon, da die Information im zweiten Loch erst über die übliche Raumzeit zum ersten zurückgelangen muss. Das Feuerwand-Paradoxon, das darauf beruht, dass nur jeweils zwei Teilchen nach der Quantenmechanik verschränkt sein können, im Fall der Schwarzen Löcher dies aber viele Teilchen in der Hawking-Strahlung sind, diente zuvor Polchinski als Argument gegen die Existenz eines Inneren von Schwarzen Löchern. Wie bei der Quantenteleportation kann es über die Wurmlöcher auch zu keinen Zeitreisen kommen. Die neue Interpretation stützt auch die Idee der ''Komplementarität'' vom Innen- und Außenbereich Schwarzer Löcher (Black Hole Complementarity), einer von Leonard Susskind und [[Gerard ’t Hooft]] vorgeschlagenen Lösung des Informationsparadoxons Schwarzer Löcher.

== Science-Fiction ==
Mehrere [[Science-Fiction]]-Autoren beschrieben Reisen im Weltraum mit Hilfe von Wurmlöchern. Die Serie ''[[Deep Space Nine]]'' aus der ''[[Star Trek|Star-Trek]]''-Reihe handelt von einer abgelegenen Raumstation, die durch ein in der Nähe entdecktes Wurmloch große wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Hierbei ist dieses Wurmloch eine künstlich erzeugte Passage. Auch die mehrere Jahre laufende Serie ''[[Stargate – Kommando SG-1|Stargate]]'' bedient sich dieser Theorie. Im Kinofilm ''[[Donnie Darko]]'' wird dagegen die Existenz eines Wurmlochs als Ausgangspunkt für eine vieldeutige Geschichte um Zeitreisen, Schicksal und Metaphysik verwendet. Auch hier wurde die Geschichte mit zahlreichen Elementen der [[Fantasy]] aufbereitet. Des Weiteren kommt im Film ''[[Déjà Vu – Wettlauf gegen die Zeit]]'' eine Maschine vor, die mittels Wurmlöchern in die Vergangenheit sehen, geringe Mengen Materie in die Vergangenheit schleusen und die Vergangenheit verändern kann.
Im Film ''[[Contact (1997)|Contact]]'' stellt man mit einem künstlichen Wurmloch Kontakt mit einer anderen Zivilisation her.
In der Serie ''[[Sliders – Das Tor in eine fremde Dimension|Sliders]]'' ist es möglich, per Wurmloch in Parallelwelten zu reisen. In der Comicverfilmung ''[[Thor (Film)|Thor]]'' reisen Götter zu verbundenen Planeten ebenfalls durch ein Wurmloch.
Im Film ''[[The One (2001)|The One]]'' reist die Hauptfigur durch Wurmlöcher, um seine Doppelgänger aus allen anderen Universen zu töten. Ebenfalls um Wurmlöcher geht es im Computerspiel ''[[Portal (Computerspiel)|Portal]],'' in dem man mit einem Gerät durch zwei Portale wurmlochähnliche Durchgänge erzeugt, um Hindernisse zu umgehen und Rätsel zu lösen.
Auch im dritten Teil der [[Crysis 3|Crysis-Trilogie]] wird auf die Theorie von Wurmlöchern zurückgegriffen.

Diese Darstellung von Wurmlöchern in der Science-Fiction hat wenig mit der physikalischen Theorie gemein. Oft wird ein Wurmloch als zweidimensionales „Loch“ dargestellt, in das Personen ein- und austreten. Laut der Theorie der Wurmlöcher ist die Öffnung jedoch kugelförmig. Auch ignorieren Autoren von der Theorie vorhergesagte enorme [[Gezeitenkraft|Gezeitenkräfte]]. Physikalisch sind jene ''Fantasien'' unrealistisch. Darstellungen von Wurmlöchern, die einem aktuelleren Kenntnisstand entsprechen, findet man in ''Das Licht ferner Tage'' von [[Stephen Baxter]] und [[Arthur C.&nbsp;Clarke]] sowie –&nbsp;sehr detailliert&nbsp;– in den Büchern ''Diaspora'' von [[Greg Egan]] und ''[[Contact (Roman)|Contact]]'' von [[Carl Sagan]] als auch in dem [[Weltenbasteln|Weltenbau]]-Internetprojekt ''Orion’s Arm.''

Der 2014 erschienene Science-Fiction-Film ''[[Interstellar]],'' der unter Beratung des Wissenschaftlers [[Kip Thorne]] entstand, bedient sich ebenfalls der Thematik der Wurmlöcher. Hierbei wird das Wurmloch als kugelförmiges Gebilde dargestellt.

== Literatur ==
* {{Literatur
   |Autor=Stephen Hawking
   |Titel=Das Universum in der Nussschale
   |Verlag=Deutscher Taschenbuch Verlag
   |Ort=München
   |Datum=2004
   |ISBN=3-423-34089-4
   |Übersetzer=Hainer Kober}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Rüdiger Vaas]]
   |Titel=Tunnel durch Raum und Zeit
   |Auflage=7.
   |Verlag=Franckh-Kosmos
   |Ort=Stuttgart
   |Datum=2015
   |ISBN=3-440-13431-8}}
* {{Literatur
   |Autor=Kip Thorne
   |Titel=Gekrümmter Raum und verbogene Zeit
   |Verlag=Droemer Knaur
   |Ort=München
   |Datum=1996
   |ISBN=3-426-77240-X
   |Übersetzer=Doris Gerstner und Shaukat Khan}}
* {{Literatur
   |Autor=Matt Visser
   |Titel=Lorentzian Wormholes: From Einstein to Hawking
   |Verlag=Springer
   |Ort=New York/Berlin/Heidelberg
   |Datum=1996
   |ISBN=1-56396-653-0}}
* {{Literatur
   |Autor=Sunny Kalara u.&nbsp;a.
   |Titel=Blackholes, membranes, wormholes and superstrings
   |TitelErg=International Symposium on Black Holes, Membranes, Wormholes and Superstrings, Houston Advanced Research Center, USA, 16.–18. Januar 1992
   |Verlag=World Scientific
   |Ort=Singapur
   |Datum=1993
   |ISBN=981-02-1151-1}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Paul Halpern]]
   |Titel=Löcher im All. Modelle für Reisen durch Zeit und Raum
   |Verlag=Rowohlt
   |Ort=Reinbek
   |Datum=1997
   |ISBN=3-499-60356-X
   |Übersetzer=Hainer Kober}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Jim Al-Khalili]]
   |Titel=Schwarze Löcher, Wurmlöcher und Zeitmaschinen
   |Verlag=Spektrum Akad. Verl.
   |Ort=Heidelberg/Berlin
   |Datum=2001
   |ISBN=3-8274-1018-5
   |Übersetzer=Heiner Must}}
* {{Literatur
   |Autor=[[Paul Davies (Physiker)|Paul Davies]]
   |Titel=Wormholes and Time Machines
   |Sammelwerk=[[Sky & Telescope]]
   |Band=83
   |Datum=1992-01
   |Seiten=20–23}}
* {{Literatur
   |Autor=Michael Morris, Kip Thorne
   |Titel=Wormholes in space-time and their use for interstellar travel: A tool for teaching general relativity
   |Sammelwerk=Am. J. Phys.
   |Band=56
   |Nummer=5
   |Datum=1988-05
   |Seiten=395–412
   |Online={{Webarchiv |url=http://www.physics.uofl.edu/wkomp/teaching/spring2006/589/final/wormholes.pdf |wayback=20110701000000 |text=physics.uofl.edu}}
   |Format=PDF
   |KBytes=1800
   |Abruf=2014-11-11}}
* {{Literatur
   |Autor=Stephen Hawking
   |Titel=Wormholes in spacetime
   |Sammelwerk=Physical Review D
   |Band=37
   |Nummer=4
   |Datum=1988
   |Seiten=904–910
   |Online=[http://prola.aps.org/abstract/PRD/v37/i4/p904_1 Abstract]}}

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* [http://gregegan.customer.netspace.net.au/DIASPORA/08/08.html Short Wormholes and Radiation], Java-Applet, das den Effekt von zwei sich bewegenden Wurmlöchern auf durchtretende Strahlung darstellt
* {{Alpha Centauri|85}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Gesprochene Version
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{{Normdaten|TYP=s|GND=1141807319|LCCN=sh/2004/10731}}

[[Kategorie:Astrophysikalischer Prozess]]
[[Kategorie:Allgemeine Relativitätstheorie]]
[[Kategorie:Hypothetisches astronomisches Objekt]]