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)

Star Treks Warp-Antrieb könnte Realität werden

Wie unser Traum, die Sterne zu erforschen, tatsächlich eines Tages wahr werden könnte.

"Wir sind, was wir sind, und wir geben unser Bestes. Es ist nicht Ihre Aufgabe, die Maßstäbe festzulegen, nach denen wir beurteilt werden sollten. “- Captain Picard, Star Trek: Die nächste Generation

Die meisten von uns, die wir heute leben, haben noch nie eine Welt gekannt, in der es keinen menschlichen Weltraumflug gab. Noch bevor wir auf dem Mond liefen, eine Internationale Raumstation hatten, Raumschiffe zu allen Planeten sandten und sogar aus dem Sonnensystem heraus, hatten wir Star Trek, der noch größere Träume ins öffentliche Bewusstsein brachte. Anstelle von Raketentreibstoff wurden unsere Schiffe mit Antimaterietechnologie angetrieben. Anstatt in unserem eigenen Sonnensystem nach den nächsten Welten zu greifen, kamen wir zu neuen Planeten um ferne Sterne. Und anstatt die Schallmauer zu durchbrechen, haben wir in wenigen Tagen Lichtjahre zurückgelegt. Während Star Trek uns viele technologische Fortschritte brachte - und Möglichkeiten für das, was die Menschheit als Zivilisation sein kann -, war es vielleicht die Erfindung des Warp-Antriebs, die es uns selbst ermöglichte, zu den Sternen zu wandern, die bahnbrechendste von allen.

Angetrieben von der Antimaterie-Technologie würde eine Warp-Drive-Rakete nicht nur der Lichtgeschwindigkeit willkürlich nahe kommen, sondern sie könnte sie dank der Biegung des Weltraumgewebes um ein Vielfaches übertreffen. Bildnachweis: NASA / Marshall Space Flight Center.

Schon vor dem Beginn von Star Trek scheint die Notwendigkeit, die Lichtgeschwindigkeit zu überwinden, eine Notwendigkeit für die Erforschung des menschlichen Weltraums zu sein. Angesichts der Tatsache, dass selbst der nächste Stern unserer eigenen Sonne - und die nächstgelegene potenziell bewohnbare Welt - mehr als vier Lichtjahre entfernt ist, würde eine Reise zu einem anderen Sternensystem bedeuten, dass mehrere Jahre auf der Erde vergehen würden, selbst wenn das Schiff selbst nutzte spezielle Relativitätstheorie, um die Reise für die Besatzung zu verkürzen. Nach Einsteins Theorie erscheinen die Abstände in Ihrer Bewegungsrichtung kürzer (Längenkontraktion), wenn Sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, und die Geschwindigkeit, mit der die Zeit vergeht, scheint sich zu verlängern (Zeitdilatation) und doch gut erforschte und bestätigte Konsequenzen der speziellen Relativitätstheorie. Wenn dies alles wäre, um durch das Universum zu reisen, dann würden nur die Besatzungsmitglieder, die mit annähernder Lichtgeschwindigkeit reisen, relativ jung bleiben, während Jahre sowohl am Ursprungs- als auch am Zielsternsystem vergehen würden. Interstellares Reisen wäre ein Generationsprojekt für alle, außer für die absolut nächsten Stars.

Die Entfernungen zwischen den Sternen sind groß. Die hier gezeigten prominenten Sterne sind zwischen 4 und 60 Lichtjahre entfernt, was bedeutet, dass selbst das Reisen mit Lichtgeschwindigkeit für eine Hin- und Rückfahrt mehr als das Leben eines Menschen bedeuten würde. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer Andrew Z. Colvin unter der Lizenz c.c.a.-s.a.-3.0.

Die allgemeine Relativitätstheorie bietet jedoch die Möglichkeit, sich dieser Beschränkung zu entziehen: durch die Formbarkeit der Raumzeit selbst. Wir sind möglicherweise nicht in der Lage, mit einer Geschwindigkeit von mehr als 299.792.458 m / s durch den Weltraum zu fliegen. Wenn wir jedoch die tatsächlichen Entfernungen zwischen zwei Orten (oder Ereignissen) verringern können, können wir nicht nur aus Sicht der Besatzung, sondern auch aus Sicht der Besatzung sehr schnell dorthin fliegen die Perspektive der Beobachter sowohl an der Quelle als auch am Ziel. Warp-Antrieb, wie vor 50 Jahren postuliert, bot eine einzigartige Realisierung einer solchen Lösung: durch Verzerrung (Verkürzung) des Raums entlang der Bewegungsrichtung eines Raumschiffs.

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

Die Verzerrung des Raums entlang der Bewegungsrichtung (vor dem Raumfahrzeug) wurde erstmals in den 1960er Jahren von Science-Fiction-Autoren in einer Art Handbewegung hervorgerufen, die von fiktiven Mechanismen angetrieben wurde. Sicher, Warp-Antrieb könnte eine Reise über die Sterne beliebig verkürzen, begrenzt nur durch die dramatische Verkürzung des Raums vor Ihnen, aber würde sich herausstellen, dass dies physisch möglich ist? 1994 wurde gezeigt, dass es tatsächlich eine Lösung innerhalb der Allgemeinen Relativitätstheorie gab, die zu diesem genauen Raumzeitverhalten führte. Miguel Alcubierre verkürzte den Raum vor Ihnen und verlängerte den Raum hinter Ihnen um den gleichen Betrag. Gleichzeitig erzeugte er eine stabile "Blase" im Inneren, in der sich Ihr Raumschiff aufhalten konnte die Gesetze, die das Gefüge von Raum und Zeit selbst bestimmen. Auf einen Schlag vor 22 Jahren wandelte sich die Physik, die hinter dem Warp-Speed-Fahren steckt - heute als Alcubierre-Antrieb bekannt - von Science-Fiction zu plausibler Wissenschaft.

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.

Damit der Alcubierre-Antrieb Realität wird, müssen noch viele praktische Hindernisse überwunden werden. Zum einen entspricht die konservativste Schätzung für die Energien, die erforderlich sind, um eine nicht leere Region des Weltraums auf diese Weise zu deformieren, mindestens 20.000 Megatonnen TNT oder einer Tonne Masse, die über Einsteins E = mc2 in reine Energie umgewandelt wird. Zum anderen erfordert der Alcubierre-Antrieb die Schaffung eines Raumbereichs mit einer Energie, die geringer ist als die Nullpunkt-Energie des Raums selbst, und in irgendeiner Form die Existenz einer negativen Masse (oder negativen Energie). Während dies als unüberwindliche Einschränkung erscheinen mag, da in diesem Universum nur positive Massen und Energien bekannt sind, könnte ein Aufbau ähnlich dem Casimir-Effekt, bei dem parallel leitende Platten die effektive Nullpunktsenergie des Raums im Inneren verringern können, die Energie liefern erforderlichen Energiebedingungen. (Eine Lösung, die von Alcubierre selbst vorgeschlagen wurde!)

Eine Illustration des Casimir-Effekts zwischen zwei parallelen Platten. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer Emok, unter einer Lizenz von c.c.a.-s.a.-3.0.

Schließlich gibt es keine bekannte Möglichkeit, mit Warp-Geschwindigkeit zu reisen oder Ihre Warp-Geschwindigkeitsreise zu beenden, sobald sie begonnen hat. Um dein Raumschiff kontrollieren zu können, müssen beide vorhanden sein! Wenn die enormen Gezeitenkräfte, die den Rand des Kettfeldes umgeben, vermieden werden könnten, würde sich das Schiff aus praktischen Gründen zusammen mit dem Rest des Feldes mit willkürlich hohen Geschwindigkeiten durch den Weltraum bewegen, als ob es sich einfach in der Schwerkraft befände. fallen!

Die Vorstellung eines Künstlers von einem Raumschiff, das den Alcubierre-Antrieb nutzt, um mit scheinbar über dem Licht liegenden Geschwindigkeiten zu reisen. Bildnachweis: NASA.

Wenn eine solche Technologie genutzt werden könnte, wäre dies ein enormer Fortschritt für die Menschheit. Zum einen könnten wir alles - von Waren über Ressourcen bis hin zu Menschen - über beliebig große Entfernungen in beliebig kurzer Zeit versenden. Es könnten Meldungen über bevorstehende Katastrophen übermittelt werden, bevor jemals ein Lichtsignal eintrifft, und die Verletzung unserer traditionellen Vorstellungen von Kausalität würde zu einem Routinespiel. Vor allem aber würde die Entwicklung dieser Technologie bedeuten, dass zum Zeitpunkt der Entwicklung lebende Menschen in der Lage sind, durch die Galaxie zu reisen, andere Sterne, andere Planeten und, wenn wir Glück haben, andere Zivilisationen zu erleben. In vielerlei Hinsicht ist dies der wichtigste Fortschritt, den die Menschheit anstreben könnte, um die Träume von Star Trek zu verwirklichen: die Fähigkeit, buchstäblich über die Sterne zu wandern. Und dank der Fortschritte, die wir beim Verständnis eines der tiefsten Gesetze der Physik erzielt haben, der Allgemeinen Relativitätstheorie, haben wir gelernt, dass dies tatsächlich möglich sein könnte. Vielleicht gibt es dann noch andere Star Trek-Träume, die eines Tages auch wahr werden könnten.

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!