Interstellares Reisen begeistert weiterhin die Öffentlichkeit. Warp-Antriebe spielen in der Popkultur seit langem eine wichtige Rolle, sowohl in der Literatur als auch im Kino. Aber wird die Menschheit in der Lage sein, eine Technologie zu entwickeln, die Raum-Zeit manipuliert und Reisen schneller als Licht ermöglicht?
Wir sehen dies ständig in Science-Fiction: Schiffe mit Warp-Antrieb ermöglichen es Charakteren in einer Geschichte, einem Roman, einem Film oder einer Fernsehserie, neue Planeten und sogar Galaxien zu erkunden. Diese Fahrzeuge könnten sogar schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, selbst wenn die Allgemeine Relativitätstheorie uns lehrt, dass niemand schneller als mit Licht fahren kann. Oder? Licht hat schließlich keine Masse, was bedeutet, dass es sich mit einer Geschwindigkeit von 299.792.458 Metern pro Sekunde fortbewegen kann.
Das ist alles wahr. Nichts kann das universelle Tempolimit überschreiten. Möglicherweise haben wir jedoch weiterhin die Möglichkeit, einen Warp-Antrieb zu erstellen, ohne gegen physikalische Gesetze zu verstoßen.
1994 schrieb der theoretische Physiker Miguel Alcubierre aus Mexiko einen Artikel, in dem er die mathematischen Berechnungen und die wissenschaftlichen Grundlagen für die Schaffung eines echten Warp-Antriebs vorstellte, der der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht widersprechen würde. Er interessierte sich für diese Methode des interstellaren Reisens, nachdem er sie in Aktion gesehen hatte - riesige Entfernungen in Science-Fiction-Werken.
Ein Raumschiff mit einem Warpantrieb, wie es der Künstler sieht.
Der Warpantrieb dehnt sich aus und zieht das Gewebe der Raumzeit um das Schiff und seine Blase zusammen. Die Vorrichtung beschleunigt oder bewegt sich im Prinzip nicht. Der Stoff bewegt sich darum herum und schiebt ihn so nach vorne. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie stehen auf einem Förderband - Sie bewegen sich, aber Sie gehen nicht. Der Stoff des Bandes bewegt Sie vorwärts. Die Komprimierung der Raumzeit vor dem Raumschiff wird es ziehen, und die Expansion dahinter wird diese Vorwärtsbewegung fortsetzen. Einstein hat gezeigt, dass Raumzeit durch Masse oder Energie gebogen werden kann und daher auf andere Weise manipuliert werden kann. Der Grund, warum dieses Schiff schneller als Licht fahren könnte, ist, dass die Allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass nichts im Weltraum über das Tempolimit hinausgehen kann. Es gibt jedoch keine Geschwindigkeitsbegrenzung für die Ausdehnung oder Kontraktion des Raums selbst. Wir bewegen nichts im Raum - wir bewegen den Raum selbst.
Alcubierres Arbeit war ermutigend und beeindruckend, aber es gab auch viele Löcher. In der ursprünglichen Arbeit theoretisierte er, dass, um ein solches Schiff mit ausreichender Energie zu versorgen, mehr negative Energie benötigt würde, als es überhaupt im Universum gibt, nämlich dank dessen erweitert sich der Raum. Das Problem ist, dass negative Energie schwer fassbar ist, selbst viele Physiker bezweifeln ihre Existenz, ganz zu schweigen davon, dass wir in der Lage sein werden, große Mengen davon zu produzieren.
Unsere Beobachtungen, was negative Energie sein könnte, sind, gelinde gesagt, unzureichend. Vermutlich ist das, was wir als leeren Raum betrachten, keineswegs leer - es hat eine Energiedichte, die auch als Null bezeichnet wird. Nach der Quantenmechanik ist der leere Raum mit Energiepartikeln gefüllt, die erscheinen und verschwinden. Wenn es uns gelingt, ihr Erscheinen zu stoppen, erhalten wir negative Energie.
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Visualisierung des Warpfeldes nach dem Alcubierre-Motor.
Wissenschaftler versuchten, es im Labor herzustellen, indem sie zwei Metallplatten (die so flach waren, dass sie auf fast atomarer Ebene vollkommen glatt waren) auf eine Entfernung drückten, die viel geringer war als die Dicke eines menschlichen Haares. Der verbleibende Raum war so klein, dass keine Partikel darin existieren konnten, wodurch die Kraft um die Platten zunahm und die Eigenschaften negativer Energie manifestierte. Natürlich reichen diese Beobachtungen nicht aus - dies ist nur ein kleines Experiment, dessen Ergebnisse weit davon entfernt sind, endgültige Schlussfolgerungen zu ziehen.
Wenn es uns auch in Zukunft gelingt, herauszufinden, wie wir mehr negative Energie gewinnen können, wird sie möglicherweise nicht so viel benötigt, wie Alcubierre vorgeschlagen hatte. Die jüngsten Verfeinerungen seiner Arbeit, die von NASA-Wissenschaftlern durchgeführt wurden, reduzierten die Energiemenge, die für einen Warp-Antrieb erforderlich wäre, erheblich, indem Teile des Geräts mit hohen Frequenzen vibriert würden. Dies würde es einfacher machen, sich durch die Raumzeit zu bewegen und den Energiebedarf zu reduzieren. Aktuelle Theorien darüber, wie viel negative Energie ein Warp-Antrieb benötigen könnte, reichen von 65 Ecjoule bis zu mehreren negativen und positiven Sonnenmassen. 65 Exajoule sind ungefähr das, was die USA in einem Jahr verwenden. Das ist immer noch viel, aber ziemlich real. Wenn wir dunkle Energie nutzen können, brauchen wir nicht mehr als die Masse des Jupiter. Das einzige Problem ist, dass wir nicht wirklich verstehen, was dunkle Energie ist und wie sie funktioniert. Und es könnte das exotische Material sein, das benötigt wird, um einen Warp-Antrieb anzutreiben.
Zum Vergleich: Für interstellare Reisen mit traditionellen Raketen wird es nicht nur Hunderttausende von Jahren dauern, sondern der Treibstoffreservoir ist größer als das Universum. Ganz zu schweigen von der Tatsache, dass Sie immer noch Material finden müssen, das einer so langen Reise standhält.
In einigen Modellen - zum Beispiel in Harold Whites Konzept - kann sich ein Raumschiff, das von einem Warp-Antrieb angetrieben wird, zehnmal schneller als Licht bewegen. Mit dieser Geschwindigkeit konnten wir in nur sechs Monaten den nächsten Exoplaneten - Alpha Centauri B b - erreichen, obwohl wir mehr als vier Lichtjahre von der Erde entfernt waren. Die schnellsten modernen Fahrzeuge können Geschwindigkeiten von etwas mehr als 32.000 Stundenkilometern erreichen: Die Fahrt nach Alpha Centauri B b mit dieser Geschwindigkeit wird 142.000 Jahre dauern. Zweiunddreißigtausend Kilometer pro Stunde entsprechen etwa 0,003% der Lichtgeschwindigkeit.
Interstellares Raumschiff der NASA mit IXS Enterprise Warp Drive.
Wenn man mit einer solchen Geschwindigkeit reist, kann die Menschheit den kosmologischen Horizont überqueren und nicht nur ihr Universum, sondern auch das Multiversum erkunden. Theoretisch gibt es eine Grenze für die Geschwindigkeit eines Warpantriebs, aber selbst diese theoretischen Grenzen würden es uns ermöglichen, in Sekundenbruchteilen zu neuen Galaxien zu reisen. Als Vorteil wäre das Schiff in der Lage zu beschleunigen und abzubremsen, und die Passagiere würden keine Zeitdilatation erfahren. Einfach ausgedrückt, wäre es möglich gewesen, eine Situation zu vermeiden, in der Sie an Ihrem Ziel angekommen sind und sich so weit vorne befunden haben, dass jeder auf der Erde, den Sie kannten, längst tot ist.
Neben Energiequellen werden auch Partikel, die während der Fahrt beschleunigt werden, als Problem angesehen, das beim Bremsen versehentlich ausgelöst werden kann und ganze Welten zerstört. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass es unmöglich wird, langsamer zu werden, sobald Sie sich in Bewegung setzen, und die Besatzung kann aus einer Reihe von Gründen sterben. Mathematik und experimentelle Daten zeigen jedoch, dass Warp-Antriebe eine Chance haben können.
Wenn es uns wirklich gelingt, diese Technologie zu entwickeln, wird kein Jahrhundert vergehen, bis wir lernen, sie anzuwenden. Wie bei Wurmlöchern sind die Möglichkeiten, die Warp-Antriebe bieten können, unglaublich, aber nicht einfach zu erreichen.
Vladimir Guillen
