Blog – Live-Blick in die Vergangenheit mit Spiegeln im Weltraum

Anleitung für die „Zeitmaschine“

Wie bitte?

Jedem Zeitreise-Enthusiasten schlägt sofort das Herz höher.
Man kann in die Vergangenheit schauen? Sich selbst beobachten?
Spoiler: Ja.

Ein spannendes Thema nach einer Idee von mir aus dem Jahre 2009.

Aus meinem Notizblock.

Grundlagen: Licht und Schall.

Wir kennen es vom Schall: Bei sehr weiter Entfernung sehen wir das Ereignis, bevor wir es hören.
Anders beim Licht: Für unsere Wahrnehmung ist die Lichtgeschwindigkeit auf der Erde fast vernachlässigbar. Mit knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde erscheint das Licht für uns sofort. Die Entfernung zum Mond legt es in nur 1,3 Sekunden zurück.
Die Sonne ist wesentlich weiter entfernt. Ihr Licht benötigt 8 Minuten bis zur Erde. Wir sehen die Sonne also mit 8 Minuten Verzögerung. Würde sie erlöschen, sehen wir sie noch 8 weitere Minuten strahlen.
 

Das Licht der Sonne legt bis zur Erde knapp 150 Millionen Kilometer zurück und benötigt dafür ca. 8 Minuten.

Wir sehen, was nicht mehr da ist.

Objekte am Sternenhimmel sind wesentlich weiter entfernt. Ihr Licht benötigt viele Jahre zu uns, die meisten sogar mehrere Millionen Jahre. Wir blicken in ein Meer aus verschiedenen Vergangenheiten. Viele Sterne, die wir sehen, haben bereits aufgehört zu existieren. Neue Sterne wurden geboren, deren Licht uns noch nicht erreicht hat.

Zeitmaschine Spiegel statt DeLorean.

Würden wir einen großen Spiegel im Weltall installieren, könnten wir darin die Erde sehen.
Dabei gehen wir von folgenden Vorannahmen aus, die zugegebenermaßen eine technische Herausforderung darstellen, jedoch nicht unmöglich sind:
1.) Die Installation eines sehr großen (!) Spiegels (aus mehreren Elementen) im Weltall.
2.) Ein gigantisch gutes Teleskop. Dazu später mehr.
Jetzt wird es spannend: Im Gegensatz zu unserem Bild im Morgenspiegel, ist jenes der Erde stark verzögert!
Je weiter der Spiegel entfernt ist, umso „älter“ wird die Erde, die wir darin erblicken.
Ist der Spiegel im gleichen Abstand wie die Sonne platziert, sehen wir dann die Erde, wie sie vor 8 Minuten aussah?
Nein! Das Licht der Erde legt den doppelten Weg zurück (zum Spiegel hin und zurück). Wir sehen hingegen im Teleskop live die Erde, wie sie vor 16 Minuten aussah! Ein Wirbelsturm, der wütete, kann im Nachgang nochmals gesichtet werden.
Letztlich sehen wir die Erde auch nicht in Spiegelentfernung, sondern doppelt weit weg. Der Spiegel liegt genau zwischen beiden Erden.

Das ging etwas zu schnell? Dann hier genauer: Nimmt man den Spiegel zum Zeitpunkt t0 in Betrieb, reflektiert es sofort das Licht, welches vor 8 Minuten (Zeitpunkt t-1) bereits ausgestrahlt wurde. Nun benötigt es nochmals die Zeit zur Erde zurück bis zum dortigen Eintreffen zum Zeitpunkt t1 (wiederum 8 Minuten; in Summe von t-1 bis t1 also 16 Minuten).

Nur gucken, nicht anfassen!

So eine richtige Zeitmaschine ist es nicht, wenn man die Vergangenheit nur sehen, aber nicht besuchen kann. Doch hey: Einfach die Vorstellung, dass man mit einem Superteleskop sich selbst sehen kann, wie man 2 Minuten zuvor noch zum Teleskop läuft… – positives Gänsehaut-Feeling garantiert! Oder gar eine vergangene Epoche auf der Erde? Nun, zu diesem Problem kommen wir später.

Ein leerer Geisterspiegel?

Das Licht, welches die Erde reflektiert (zzgl. unserer künstlichen Lichter), ist stetig im All unterwegs, sonst wäre unser Planet nicht sichtbar. Wird der Spiegel installiert, fängt er sofort an, dieses zurückzureflektieren. Doch das Licht im Spiegel benötigt dann nochmals 8 Minuten bis zur Erde. Was sehen wir bis dahin? Ist der Spiegel leer? Blicken wir in die Abgründe des Universums? Diese Frage wurde mir im vor einigen Jahren im persönlichen Gespräch gestellt. Ich greife es hier gern gleich mit auf:

Das Geheimnis ist schnell gelüftet und recht unspektakulär. Die Installation des Spiegels – also der Spiegel an sich – ist ebenfalls erst mit 8 Minuten Verzögerung bei uns sichtbar, denn auch dessen Licht benötigt Zeit bis zum Eintreffen auf der Erde. Das Bild des Spiegels und die darin „enthaltene“ Erde erreichen uns zusammen. Beides ist also verzögert zugleich sichtbar und die Erde somit sofort erkennbar.
Und wenn man sich als Astronaut näher am Spiegel aufhält? Auch das wird unspektakulär, denn das Licht erreicht den Betrachter nahe am Spiegel eher. Er wird niemals leer sein.

Was ist mit der Erdrotation und dem Sonnenumlauf?

Je weiter der Spiegel entfernt ist, umso weiter können wir in die Vergangenheit schauen. Allerdings müssten auch die Teleskope zunehmend leistungsstärker sein. Die Effekte der Erdrotation und des Sonnenumlaufs kommen nun verstärkt zum Tragen. Der Spiegel müsste daher so ausgerichtet sein, dass sein Bild der Erde diese dort erreicht, wo sie sich zum Zeitpunkt t bis zum Eintreffen befinden wird. So wird zumindest der Sonnenumlauf ausgeglichen.
Ähnlich verhält es sich mit Raumsonden. Mal abgesehen von Swing-By-Manövern, um Schwung durch Gravitation zu nutzen, fliegen sie nicht direkt zum Planeten, sondern dorthin, wo dieser sich beim Eintreffen der Sonde befinden wird.

Teleskope zu schwach. Und nun?

Zugegebenermaßen reden wir hier von unheimlich leistungsstarken Teleskopen. Wir verfügen noch nicht einmal über starke Teleskope, mit denen wir von der Erde aus ein Mondauto der Apollo-Missionen erkennen könnten, geschweige denn die Flagge. Das würde es derzeit (!) fast unmöglich machen, uns selbst mit 3-sekündiger Verzögerung selbst zu beobachten. Wirbelstürme hingegen sind einfacher zu sichten. Je weiter wir den Spiegel installieren – also je weiter wir in die Vergangenheit schauen wollen – umso problematischer wird das Teleskop-Problem.

Sind mehrere Spiegel eine Lösung?

Wir wollen lediglich „Zeit schinden“, indem wir das Licht umlenken. Lässt sich dies nicht einfach mit mehreren Spiegeln umsetzen, die das Licht von Spiegel zu Spiegel reflektieren? Tatsächlich könnte man das Bild der Erde wie einen Ping-Pong-Ball über mehrere Spiegel lenken.
Der Vorteil: Wir könnten die Erde dennoch mit 16 Minuten Verzögerung sehen, ohne einen Spiegel 150 Millionen Kilometer weit zu transportieren. Selbst die Erddrehung spielt weniger eine Rolle, da wir so die gewünschte Seite sehen könnten.
Der Nachteil: Das Objekt bleibt mit jedem weiteren Spiegel nicht gleich groß. Wie bei weiter Entfernung wird das Bild der Erde von Spiegel zu Spiegel – von Ping zu Pong – immer kleiner und dunkler, da Licht sich dreidimensional ausbreitet und damit an Intensität verliert (wie es auch bei großer Entfernung mit einem Spiegel der Fall wäre). Hier hätten wir also wenig gewonnen. Zudem müsste man aufpassen, dass sich die Sonne nicht irgendwo stark reflektiert. Sie würde das Bild nicht nur überblenden, sondern die Erde zusätzlich als „zweite Sonne“ aufhellen und aufheizen.

Konkave Verzerrung

Konvexe und konkave Spiegel verzerren ihr Spiegelbild. Sie stellen es weitwinkler oder gezoomt dar. Viele Frauen nutzen kleine Konkav-Spiegel zum Schminken, um mehr Details erkennen zu können.
Konkave Spiegel – auch Hohlspiegel genannt – können die Darstellung der „vergangenen Erde“ vergrößern und das Teleskop-Problem abmildern.

Früheste Vergangenheit durch den Spiegel?

Gesetzt den Fall, wir haben dies technisch umgesetzt. Wie weit zurück könnten wir in die Vergangenheit schauen?
Wenn man nicht zufällig anderweitige bereits vorhandene spiegelnde Flächen im All findet ;), ist die Sichtung der Vergangenheit vor dem Zeitpunkt der Spiegeltechnik nicht möglich.
Ist der Spiegel zum Zeitpunkt t0 installiert, reflektiert er bereits ehemals ausgestrahltes Licht vom Zeitpunkt t-1 (angenommen 500 Jahre). Das wäre 500 Jahre vor unserer Zeit. Dieses Licht vom Spiegel würde abermals nochmal 500 Jahre benötigen, bis wir es hier zusammen mit dem Spiegel sehen könnten. Theoretisch kann man damit doppelt so weit in die Vergangenheit schauen, jedoch muss der Spiegel erstmal einmal auf diese Distanz kommen. 😉 Selbst wenn wir ihn mit Lichtgeschwindigkeit transportieren könnten (was als ausgeschlossen gelten muss), wäre der Spiegel zunächst mindestens 500 Jahre unterwegs – der Vorteil ist somit wieder dahin. Es sei denn – wie oben angedeutet – es würde sich aktuell bereits eine spiegelnde Fläche in einer weiten Entfernung befinden.

Doppelte Vergangenheit durch Quantenverschränkung?

Es macht Spaß in jedem „geht nicht“ doch wieder eine Möglichkeit zu suchen. 😉
Nichts ist schneller als das Licht, wie wir spätestens seit Albert Einstein wissen. Dennoch gibt es in der Quantenmechanik das Phänomen der Quantenverschränkung, von Einstein selbst verzweifelt als „spukhafte Fernwirkung“ betitelt.
Heute wissen wir mehr: Voneinander getrennte Teilchen (und mögen es 500 Lichtjahre sein) verändern ihre Zustände zeitgleich, als gäbe es diesen Raum zwischen ihnen gar nicht. Wird die Superposition aufgelöst und das Teilchen nimmt einen Zustand an, wird das andere Teilchen den exakt identischen Zustand annehmen. Das gilt sofort, ohne Verzögerung. Auf diesen Grundlagen entstehen Quantencomputer.
Könnte man mit dieser Technik eines Tages das gespiegelte Bild sofort zur Erde übertragen, würden wir ebenfalls wenig gewinnen. Wir müssten lediglich 500 Jahre kürzer warten, um das Bild zu erhalten. Wie bereits erwähnt, ist zunächst der Spiegel erst lange unterwegs (langsamer als das aktuelle Bild der Erde).

Die doppelte Erde.

OK, one more thing. 😉
Setzen wir zwei Spiegel ein, die sich fast gegenüber stehen, mittig befindet sich die Erde. So sehen wir in einem der Spiegel nicht nur die gespiegelte verzögerte Erde, sondern zugleich (vom Zweitspiegel zurückgeflektiert) noch eine zweite Erde daneben: älter und kleiner.

Alles nur Theorie ohne Praxisbezug? Nein. Sie können sofort loslegen:

Wir haben keine Spiegel im All. Dennoch kommt es zu den oben genannten Effekten.
Wie eingangs erwähnt, ist die Geschwindigkeit des Lichts für unsere kurze Entfernungen auf der Erde für unsere Wahrnehmung vernachlässigbar. Die Verzögerung ist jedoch vorhanden.
Auch unser Spiegelbild im Bad ist verzögert. Je weiter wir uns vom Spiegel entfernen, umso größer wird diese Differenz. Zugegebenermaßen in einem Bereich von Sekundenbruchteilen außerhalb unserer Wahrnehmung, aber dennoch vorhanden. Wenn Sie das nächste Mal in den Spiegel schauen, bedenken Sie: Sie sind das Unikat. Was sie im Spiegel sehen, ist eine Vergangenheit von sich, die bereits nicht mehr existiert.
 
Für den Rest fehlt nur noch ein Spiegel im Weltraum. Elon Musk, wie wär’s? 😉

Ich freue mich, dass Sie bis hierhin das Thema mitverfolgt haben. Entdeckten Sie logische Fehler? Falsche Schlussfolgerungen? Kamen Ihnen weitere Ideen und Fragen? Schreiben Sie mir gern.

 

(c) René Grodde 2009/2021