Mikroskopisch kleine Wurmlöcher sind theoretisch möglich

Oldenburg (Deutschland) – Wurmlöcher spielen in zahlreichen Science-Fiction-Filmen und Novellen als Abkürzung durch die endlosen Weiten des Weltalls eine wichtige Rolle. In der realen Physik sind diese Tunnel in der Raum-Zeit bislang allerdings rein hypothetische Gebilde. Ein Internationales Physiker-Team hat nun ein neues theoretisches Modell vorgestellt, das zumindest mikroskopisch kleine Wurmlöcher weniger exotisch erscheinen lässt als bisherige Theorien.

Wie das Team um Dr. Jose Luis Blázquez-Salcedo von der Universität Oldenburg aktuell im Fachjournal „Physical Review Letters“ (DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.101102) berichtet, tauchen Wurmlöcher (ähnlich wie Schwarze Löcher) in den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie auf, die Albert Einstein 1916 veröffentlichte. „Eine wichtige Annahme der Theorie ist, dass das Universum vier Dimensionen hat – drei Raumdimensionen und die Zeit als vierte Dimension.“ Zusammen bilden sie die sogenannte Raum-Zeit. Diese wird durch schwere Objekte wie Sterne – einem Gummituch gleich, in dem eine Metallkugel einsinkt – gekrümmt. Die Krümmung der Raum-Zeit bestimmt, wie sich Objekte wie Raumschiffe und Planeten, aber auch Licht bewegen. „Theoretisch könnte die Raum-Zeit auch ohne schwere Objekte verbogen und gekrümmt werden“, erläutert Blázquez-Salcedo, der inzwischen an die spanische Universidad Complutense de Madrid gewechselt ist.

Ein Wurmloch wäre demnach ein extrem stark gekrümmter Bereich der Raum-Zeit, der zwei miteinander verbundenen Trichtern ähnelt und zwei weit entfernte Orte wie ein Tunnel verbindet, erläutert die Pressemitteilung der Universität Oldenburg. „Mathematisch gesehen ist so eine Abkürzung möglich, jedoch hat noch nie jemand ein echtes Wurmloch beobachtet“, so Blázquez-Salcedo.

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Hinzu wäre ein solches Wurmloch außerdem instabil: „Würde beispielsweise ein Raumschiff hineinfliegen, so würde es sofort zu einem schwarzen Loch kollabieren, also einem Objekt, in dem Materie auf Nimmerwiedersehen verschwindet. Die Verbindung zu anderen Orten des Universums wäre gekappt. Um das Wurmloch offen zu halten, benötigen bisherige Modelle eine exotische, nur theoretisch denkbare Form der Materie, die eine negative Masse hat, also weniger wiegt als nichts.“

Blázquez-Salcedo, seine Kollegen Dr. Christian Knoll von der Universität Oldenburg und Eugen Radu von der Universidade de Aveiro in Portugal zeigen nun jedoch in ihrer Studie, dass Wurmlöcher auch ohne diese Annahme passierbar sein können.

Hierzu wählten die Forscher einen vergleichsweise einfachen, „semiklassischen“ Ansatz, wie sie schreiben, und verbanden Elemente der Relativitätstheorie mit Elementen der Quantentheorie und der klassischen Theorie der Elektrodynamik. Als Materie, die das Wurmloch durchqueren soll, betrachteten sie bestimmte Elementarteilchen wie beispielsweise Elektronen mitsamt ihrer elektrischen Ladung. Als mathematische Beschreibung wählten sie die Dirac-Gleichung, eine Formel, die die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Teilchens gemäß der Quantentheorie und der Relativitätstheorie als „Dirac-Feld“ beschreibt.

In ihrer Studie berichten die Physiker, dass es die Berücksichtigung des Dirac-Felds ist, das in ihrem Modell die Existenz eines für Materie durchquerbaren Wurmlochs erlaubt: „Die Voraussetzung ist, dass das Verhältnis zwischen der elektrischen Ladung und der Masse des Wurmlochs einen bestimmten Grenzwert überschreitet.“

Neben Materie könnten auch Signale – etwa elektromagnetische Wellen – die winzigen Tunnel in der Raum-Zeit durchqueren. Für interstellare Reisen seien die mikroskopisch kleinen Wurmlöcher, wie sie sich die Forscher vorstellen, wohl nicht geeignet. Zudem müsste das Modell noch weiter verfeinert werden, um herauszufinden, ob es die eigenartigen Gebilde tatsächlich geben könnte: „Wir vermuten, dass die Wurmlöcher auch in einem vollständigen Modell existieren können“, sagt Blázquez-Salcedo.

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Quelle: Universität Oldenburg

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Andreas Müller

Fachjournalist Anomalistik | Autor | Publizist