Das Raumschiff Enterprise im Star Trek: Die Episode der nächsten Generation, The Hunted. Staffel 3, Folge 11. Ausstrahlungsdatum: 8. Januar 1990. (Foto von CBS über Getty Images).

Fragen Sie Ethan: Was für eine "unmögliche Physik" wäre mit Warp-Antrieb möglich?

Im Jahr 1994 zeigte Miguel Alcubierre, wie Warp-Antrieb in der Allgemeinen Relativitätstheorie verwirklicht werden kann. Was bedeutet das?

"Seine fortgesetzte Mission: seltsame neue Welten zu erforschen, neues Leben und neue Zivilisationen zu suchen, mutig dahin zu gehen, wo noch niemand zuvor war." - Star Trek, in vielen Inkarnationen

Als der Warp-Antrieb vor fünfzig Jahren mit dem Debüt von Star Trek erstmals ins öffentliche Bewusstsein gerückt wurde, war unser Verständnis des Universums grundlegend anders als heute. Zum einen war Warp Drive einfach ein Handlungsinstrument, um die fernen Sterne zu erreichen, ohne dass Charaktere und das Alter des Universums vorhanden waren. Es wurde angenommen, dass es Einsteins Relativitätstheorie als physische Unmöglichkeit verletzt. Zum anderen glaubte man, dass die Schwerkraft die fernen Galaxien gegeneinander zurückzieht und dass man, wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, irgendwann irgendetwas erreichen würde. Wir wussten nichts über dunkle Energie. 1998 lehrte uns das sich beschleunigende Universum, dass nur 3% der Galaxien im beobachtbaren Universum jemals mit Lichtgeschwindigkeit erreichbar sein würden. Im Jahr 1994 entdeckte Miguel Alcubierre eine Lösung in der Allgemeinen Relativitätstheorie, die den Warp-Antrieb in den Bereich des physikalisch Möglichen katapultierte. Könnte Warp-Antrieb es uns doch ermöglichen, diese Galaxien zu erreichen? Peter Tibbles fragt genau das:

[W] Könnte es mit dem Alcubierre-Laufwerk möglich sein, die Galaxien zu erreichen, die jetzt für unerreichbar gehalten werden?

Dies ist nicht nur die Antwort auf "Ja", sondern auch der Anfang dessen, was möglich ist.

Warp-Reisen, wie für die NASA vorgesehen. Bildnachweis: NASA / Digitale Kunst von Les Bossinas (Cortez III Service Corp.), 1998.

Der gesamte Grund, warum so viel von dem, was in unserem Universum unmöglich ist, so weit wie möglich abgegrenzt wurde, ist eine direkte Folge der besonderen Relativitätstheorie. Im Verhältnis zu anderen Materie- oder Strahlungspartikeln - ob massereich oder masselos - kann sich nichts mit oder über der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Ein massives Objekt auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, ist eine physikalische Unmöglichkeit. es würde unendlich viel Energie erfordern. Stattdessen können wir nur hoffen, dass wir uns ihm nähern und sehr schnell, aber nicht willkürlich schnell, reisen können. Da sich das Gewebe des Universums (Raumzeit) selbst mit einer gewissen Geschwindigkeit ausdehnt, scheinen sich Galaxien, die zu weit entfernt sind, schneller von uns zu entfernen als die Lichtgeschwindigkeit. Natürlich bewegen sie sich nicht aktiv, aber das expandierende Universum sorgt dafür, dass sich der Raum zwischen uns und dem Objekt in einer Entfernung von mehr als 15 Milliarden Lichtjahren zu schnell ausdehnt, als dass wir ihn jemals erreichen könnten.

Die beobachtbaren (gelben) und erreichbaren (magentafarbenen) Teile des Universums. Bildnachweis: E. Siegel, basierend auf der Arbeit der Wikimedia Commons-Benutzer Azcolvin 429 und Frédéric MICHEL.

Egal wie viel Energie wir in unser Raumschiff pumpen, egal wie nahe wir der Lichtgeschwindigkeit kommen, die Galaxien jenseits dieses "unerreichbaren" Punktes werden sich mit Geschwindigkeiten von uns weg ausdehnen, die größer sind als die von Einsteins Relativitätstheorie auferlegten Grenzen. Mit der Zeit werden sie immer weiter entfernt, selbst wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit auf sie zubewegen. Das ist es, was du bekommst, wenn dunkle Energie das Universum beherrscht: Sogar das Raumgefüge selbst ist gegen dich. Aber die Alcubierre-Lösung für die Allgemeine Relativitätstheorie ändert nicht nur diese Grenzen, sondern beseitigt sie alle. Es ist immer noch wahr, dass sich kein Objekt schneller als mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen kann, aber plötzlich kann der Raum, der Ihr Objekt umgibt, etwas Neues bewirken, das er noch nie zuvor getan hat.

Ein Warpfeld von Star Trek, das den Raum davor verkürzt und den Raum dahinter verlängert. Bildnachweis: Trekky0623 der englischen Wikipedia.

Obwohl eine neue Art von Materie oder Energie erforderlich ist - etwas mit negativer Ruhemasse / -energie - können Sie mit der Alcubierre-Lösung den in Ihrer Bewegungsrichtung vor Ihnen liegenden Raum erheblich verziehen (zusammenziehen), während Sie sich in umgekehrter Richtung bewegen ( den Raum hinter dir ausdehnen. In praktischer Hinsicht können Sie auf diese Weise die Entfernung vor Ihnen um das Zehn-, Hundert- oder sogar Tausendfache verringern: das Star Treke-Äquivalent für Bewegungen mit mehr als Warp 9. Und wenn Sie die effektive Entfernung an einem beliebigen Ort verringern können Wenn Sie reisen, können Sie plötzlich jede räumliche Ausdehnung im expandierenden Universum überwinden.

Die Implikationen für das, was plötzlich physikalisch möglich wird, sind erstaunlich.

Eine ferne Ansammlung von Galaxien, die ohne Warp-Antriebstechnologien nicht erreichbar wäre. Bildnachweis: ESA / Hubble, NASA, HST Frontier Fields. Anerkennungen: Mathilde Jauzac (Durham University, UK und Astrophysics & Cosmology Research Unit, Südafrika) und Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Schweiz).

Unsichtbare Galaxien sehen. Sie können nicht nur alles „fangen“, was sich durch den Raum von Ihnen entfernt, selbst wenn sich der Raum schneller als die Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, sondern Sie können auch Galaxien jenseits des beobachtbaren Universums fangen! Wir können derzeit nur sehen, wie weit das Licht in den 13,8 Milliarden Jahren seit dem Urknall durch das expandierende Universum gereist ist. Aber wenn Sie den Raum verziehen und diese Grenze überschreiten können, indem Sie sich mit der Fähigkeit, einem Photon aus dem Weg zu gehen, durch den Raum bewegen, können Sie durch das Universum rasen und Sterne, Galaxien und Teile des Universums sehen, deren Licht niemals die Erde erreichen wird. Das geht wirklich dahin, wohin noch niemand zuvor gegangen ist!

Sehen Sie die Zukunft, die die Erde niemals sehen wird. Alles im Universum wird jetzt dasselbe Universum wie wir sehen: ein Universum, das 13,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall existiert. Aber wenn wir Sterne oder Galaxien betrachten, die Tausende, Millionen oder Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, sehen wir sie als Tausende, Millionen oder Milliarden von Jahren zuvor! Für alle Galaxien außerhalb unserer lokalen Gruppe gibt es eine Grenze, wie alt sie uns jemals erscheinen werden, da es nur das „junge Licht“ ist, das uns jemals erreichen kann, da das Licht, das die meisten Galaxien heute emittieren, uns niemals erreichen wird zur Expansion des Universums. Mit Warp Drive können wir sie jedoch so besuchen, wie sie heute sind. Es würde uns erlauben, Stadien der kosmischen Evolution aus erster Hand zu sehen, die wir heute nur erraten können.

Eine Illustration eines sehr jungen, staubigen Sterns, die an das erinnert, wie unser Sonnensystem in den Kinderschuhen ausgesehen haben mag. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech.

Sehen Sie sich wie früher. Sie können den Warp-Antrieb nicht verwenden, um eine Zeitreise in die Vergangenheit zu unternehmen. Wenn Sie jedoch das Licht, das die Erde, die Sonne oder die Milchstraße vor so langer Zeit emittiert haben, auslöschen können, können Sie es mit den richtigen Werkzeugen „einfangen“. Verziehen Sie sich in eine Entfernung von 65 Millionen Lichtjahren, und mit einem ausreichend guten Teleskop können Sie den Asteroiden sehen, der die Dinosaurier ausgelöscht hat. In 12.000 Lichtjahren Entfernung ist das Ende der letzten Eiszeit sichtbar. Gehen Sie in 53 Lichtjahre Entfernung und sehen Sie selbst, wer JFK wirklich geschossen hat. Oder gehen Sie in 4,5 Milliarden Lichtjahre zurück und beobachten Sie, wie unser Sonnensystem zum ersten Mal geboren wird. Warp-Antrieb in Verbindung mit einem ausreichend starken Teleskop würde plötzlich zum ultimativen forensischen Werkzeug.

Ein Schiff, das durch konventionelle Waffen wie Laser, die durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt sind, begrenzt ist, kann leicht von einem Schiff mit Warp-Antriebstechnologie ausmanövriert und besiegt werden. Bildnachweis: Pixabay-Nutzer GooKingSword.

Überfliege jede Waffe. Angriff mit völliger Überraschung. Jeder Kampf wird durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der sich die Dinge bewegen: die Lichtgeschwindigkeit. Aber wenn Sie sich schneller bewegen können, können Angriffe, die durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt sind, Sie niemals verletzen. Und wenn Sie sich als Angreifer schneller als mit Lichtgeschwindigkeit auf Ihr Ziel zubewegen, können sie Sie niemals mit einem Sensor kommen sehen. Wenn Sie Ihren Gegner mit mehr als Lichtgeschwindigkeit schlagen könnten, würden diese den Aufprall des Schlags spüren und dann Ihre Faust auf ihrem Gesicht sehen und dann sehen, wie sich Ihre Faust mit willkürlich hoher Geschwindigkeit von ihrem Gesicht wegbewegt .

Auf diese Weise können Sie auch Illusionen oder Effekte erzeugen, die sich scheinbar schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, obwohl sich nur das Raumgefüge selbst ändert.

Eine zweidimensionale Projektion der Raumzeit von Alcubierre, in der der Raum selbst vor dem Raumschiff verkürzt und dahinter verlängert wird. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer AllenMcC., Unter einer Lizenz von c.c.a.-s.a.-3.0.

In der Realität werden keine Gesetze der Physik jemals durch Warp-Antrieb verletzt. Stattdessen ist es nur eine wichtige praktische Einschränkung dessen, was möglich ist - nämlich, dass sich nichts mit Masse relativ zu einem anderen Objekt schneller als mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen kann -, was durch das kontrollierte Verziehen des Raums umgangen wurde. Wenn der Alcubierre-Antrieb real wäre, könnten wir nicht nur einen Stern oder eine Galaxie in dem Universum erreichen, das wir uns gewünscht hatten, sondern wir könnten buchstäblich das erreichen, was heute sonst unmöglich ist. Und wir könnten Wahrheiten lernen, die wir niemals anders kennen: von unseren tiefsten Annahmen, dass das Universum isotrop und homogen ist und dass das CMB an allen Orten im Raum die gleichen Eigenschaften hat. Es wäre der unglaublichste Segen für die Wissenschaft, den man sich vorstellen kann, wenn man die ultimative Science-Fiction-Technologie zum Leben erweckt.

Die reale Wissenschaft der Star Trek-Technologien wie Warp-Antrieb, Transporter, Antimaterie-Eindämmung und vieles mehr ist in Ethan Siegels neuem Buch "Treknology" zu finden, das 2017 erscheinen wird!

Dieser Beitrag erschien zum ersten Mal bei Forbes und wird Ihnen von unseren Patreon-Unterstützern werbefrei zur Verfügung gestellt. Kommentieren Sie unser Forum und kaufen Sie unser erstes Buch: Beyond The Galaxy!