"Mr. Sulu, nehmen Sie Kurs, Warp-Geschwindigkeit ist zwei" - diese Worte sind vielleicht jedem Fan von Science-Fiction bekannt. Sie gehören James Kirk, dem Kapitän der Starship Enterprise aus der legendären Star Trek-Serie. Laut der Handlung bewegen sich die Helden dank des Warp-Antriebs, der den umgebenden Raum biegt, hunderte Male schneller als Licht um die Galaxie.
In den fernen 1960er Jahren, als die Serie auf Bildschirmen veröffentlicht wurde, wurde sie als unmögliche Fantasie wahrgenommen. Aber heute sprechen viele Wissenschaftler und Ingenieure ernsthaft über die Möglichkeit, einen solchen Motor zu entwickeln, und darüber hinaus gibt es bereits konkrete Vorschläge.
Das Tempolimit des Universums
Unser Sonnensystem befindet sich in einem ziemlich dünnen Abschnitt der Milchstraße mit einer geringen Dichte an Sternhaufen. Das nächstgelegene Sternensystem, Alpha Centauri, ist 4,36 Lichtjahre von der Sonne entfernt. Auf modernen Raketen, die eine Geschwindigkeit von 10-15 Kilometern pro Sekunde entwickeln, müssten Astronauten mehr als 70.000 Jahre lang dorthin fliegen!
Und das trotz der Tatsache, dass der Gesamtdurchmesser unserer Galaxie 100.000 Lichtjahre beträgt. Wenn wir nicht einmal eine so unbedeutende Distanz nach den Maßstäben des Universums überwinden können, sollten wir nicht einmal über die Kolonisierung und Erforschung des Weltraums stottern.
Auf dem Weg zu den Sternen gibt es ein weiteres ernstes Hindernis. Dies spiegelt sich in Einsteins Relativitätstheorie wider. Bevor die Theorie 1905 erschien, war Newtons Himmelsmechanik in der Physik oberstes Gebot. Demnach hing die Lichtgeschwindigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Betrachters ab. Das heißt, wenn Sie es schaffen würden, das Licht einzuholen und sich damit zu bewegen, würde es einfach für Sie aufhören. Später gab Maxwell dieser Theorie eine mathematische Grundlage.
Bereits als Student konnte Albert Einstein dieses Postulat nicht akzeptieren - er hatte das Gefühl, dass irgendwo ein Fehler aufgetreten war. Am Ende fand er die Antwort auf die Frage, die ihn quälte. Er bewies, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und in keiner Weise von einem externen Beobachter abhängt.
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Es stellte sich heraus, dass es unmöglich war, das Licht einzuholen. Egal wie schnell Sie sich bewegen, das Licht bleibt immer vorne. Einsteins berühmte Formel E = ms², bei der die Energie eines Körpers gleich seiner Masse multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit im Quadrat ist, lautet wörtlich: Um ein Objekt auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, ist eine unendliche Energiemenge erforderlich, was bedeutet, dass das Objekt eine unendliche Masse haben muss. Tatsächlich wiegt eine Rakete, die auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen will, so viel wie das gesamte Universum!
Natürlich ist es im wirklichen Leben absolut unmöglich, dies zu tun. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Art universeller DPS-Inspektor, der ein für alle Mal das Tempolimit festlegt.
Es scheint, dass dies dem Traum der Menschheit ein Ende setzt, zu fernen Sternen zu fliegen. Zehn Jahre nach der Veröffentlichung der speziellen Relativitätstheorie erschien jedoch die allgemeine Relativitätstheorie, in der ausführlichere Kommentare und Ergänzungen gegeben wurden.
In der allgemeinen Relativitätstheorie kombinierte Einstein Raum und Zeit. Zuvor wurden sie als unterschiedliche physikalische Konzepte betrachtet. Zur besseren Veranschaulichung verglich er Raumzeit mit Leinwand. Unter bestimmten Umständen kann sich diese Leinwand viel schneller als Licht bewegen. Dies gab jedoch keine Antwort auf die Hauptfrage: Wie kann man schließlich das Licht überholen?
Seit fast 70 Jahren rätseln viele Forscher über dieses Rätsel. Und eines schönen Tages schaltete ein junger Wissenschaftler den Fernseher ein und stieß beim Kanalwechsel auf eine fantastische Serie. Während er es beobachtete, dämmerte es ihm plötzlich und er erkannte, wie man eine Superluminalgeschwindigkeit entwickelt, ohne die Gesetze der Physik zu verletzen. Der Name dieses Wissenschaftlers ist Miguel Alcubierre.
Warp Drive
1994 studierte Alcubierre die Relativitätstheorie an der University of Cardiff (Wales, UK). Im Fernsehen sah er die Serie "Star Trek". Der Wissenschaftler machte darauf aufmerksam, dass Helden eine Weltraumdeformationsmaschine oder einen Warpantrieb verwenden, um sich im Weltraum zu bewegen.
So wie der Apfel, der auf Newtons Kopf fiel, ihn einst dazu inspirierte, Himmelsmechanik zu erschaffen, so inspirierte die TV-Show Miguel, eine Theorie zu entwickeln, die der schnellen "Diskriminierung" des Universums ein für alle Mal ein Ende setzen könnte.
Alcubierre machte sich an die Berechnung und veröffentlichte bald die Ergebnisse. Er stützte sich auf die allgemeine Relativitätstheorie, die besagt, dass man den Raum schneller als das Licht bewegen kann, wenn man eine bestimmte Menge an Energie oder Masse anwendet.
Dazu müssen Sie eine spezielle Blase oder ein spezielles Verformungsfeld um das Schiff erstellen. Dieses Warpfeld wird den Raum vor dem Schiff verkleinern und sich dahinter ausdehnen. Es stellt sich heraus, dass sich das Schiff tatsächlich nirgendwo bewegt, der Raum selbst sich biegt und das Schiff in eine bestimmte Richtung drückt.
Zeit und Raum innerhalb der Blase unterliegen keiner Verformung und Verzerrung. Daher erfährt die Schiffsbesatzung keine zusätzlichen Überlastungen, und es scheint, als hätte sich nichts geändert. In diesem Fall können nicht nur Astronauten, die eine spezielle medizinische Auswahl und Ausbildung bestanden haben, sondern auch normale Menschen in den Weltraum fliegen.
Wenn Sie sich auf der Brücke eines Schiffes befänden, während es sich mit Höchstgeschwindigkeit bewegte, und den Raum um Sie herum betrachteten, würden sich die Sterne in lange Striche verwandeln. Aber wenn Sie zurückblicken, werden Sie nichts als undurchdringliche Dunkelheit sehen, da das Licht Sie nicht einholen kann.
Alcubierre berechnete, dass ein Warp-Antrieb das Erreichen einer Geschwindigkeit zehnmal schneller als bei Licht ermöglichen würde. Seiner Meinung nach verhindert jedoch nichts eine Erhöhung der Motorleistung und eine Beschleunigung auf höhere Raten.
Als Sergei Krasnikov vom Astronomischen Hauptobservatorium in Pulkowo sich mit der Theorie von Alcubierre vertraut machte, enthüllte er jedoch ein Merkmal. Tatsache ist, dass der Pilot die Flugbahn des Schiffes nicht willkürlich ändern kann. Das heißt, wenn Sie zum Beispiel von der Erde zu Sirius fliegen und sich plötzlich daran erinnern, dass Sie das Eisen zu Hause nicht ausgeschaltet haben, können Sie nicht zurückkehren. Sie müssen zuerst zu Ihrem Ziel fliegen und dann zurückkehren.
Darüber hinaus können Sie auch niemanden kontaktieren, da das Warpfeld das Schiff vollständig von der Außenwelt isoliert und alle Signale blockiert. Deshalb verglich Krasnikov eine Fahrt mit einem solchen Schiff mit einer Fahrt mit der U-Bahn. Er nannte es "FTL U-Bahn".
Dies ist jedoch nicht das Hauptproblem. Das Verformungsfeld selbst muss negativ geladen sein. Um es zu schaffen, wird negative Energie benötigt, über deren Existenz seit vielen Jahren diskutiert wird.
Was kann nicht sein
Wenn die Schwerkraft die Energie der Anziehung ist, sollte negative Energie entgegengesetzte Eigenschaften haben und Fremdkörper von sich selbst abstoßen. Aber wie bekommt man solche Energie?
1933 schlug der niederländische Physiker Hendrik Casimir vor, dass sich zwei identische Metallplatten anziehen, wenn Sie sie in möglichst geringem Abstand perfekt parallel zueinander platzieren. Als ob eine unsichtbare Kraft sie aufeinander zu drückt.
Nach der Quantenmechanik ist das Vakuum kein absolut leerer Ort, darin erscheinen ständig Paare von Materie und Antimaterieteilchen, die sofort kollidieren und sich vernichten. Dieser Prozess dauert buchstäblich Milliardstel Sekunden. Wenn sie kollidieren, wird eine mikroskopisch kleine Energiemenge freigesetzt, die in einem "leeren" Vakuum einen Gesamtdruck ungleich Null erzeugt.
Es ist wichtig, die Platten so nah wie möglich aneinander zu bringen, damit das Volumen der Partikel im Freien ihre Anzahl im Spalt zwischen den Platten erheblich überschreitet. Infolgedessen drückt der Druck von außen die Platten zusammen, und ihre Energie wird wiederum kleiner als Null, dh negativ. 1948 gelang es einem Experiment, negative Energie zu messen. Es ging unter dem Namen "Casimir-Effekt" in die Geschichte ein.
Nach 15 Jahren Experimentieren und Forschen gelang es Steve Lamoreau vom Los Alamos National Laboratory 1996 zusammen mit Umar Mohidin und Anushri Roy von der University of California in Riverside, den Casimir-Effekt genau zu messen. Es war gleich der Ladung eines Erythrozyten - einer roten Blutkörperchen.
Leider ist dies einfach ungeheuer klein, um ein Verformungsfeld zu erzeugen, es dauert Milliarden Mal mehr. Bis es möglich ist, im industriellen Maßstab negative Energie zu erzeugen, bleibt der Warp-Antrieb auf dem Papier.
Durch die Not zu den Sternen
Trotz aller Schwierigkeiten bei der Erstellung ist der Warp-Antrieb der wahrscheinlichste Kandidat für den ersten interstellaren Flug. Alternative Projekte wie ein Sonnensegel oder ein thermonuklearer Motor können nur Unterlichtgeschwindigkeiten erreichen, und Wurmlöcher oder Sternentore sind zu komplex und dauern Tausende von Jahren.
Heute entwickelt die NASA am aktivsten einen Prototyp eines Warp-Antriebs, dessen Experten sicher sind, dass dies eher ein technisches als ein theoretisches Problem ist. Und ein Team von Ingenieuren tut dies bereits im Johnson Space Center, wo einst der erste bemannte Flug zum Mond vorbereitet wurde.
Nach Ansicht vieler Experten werden die ersten Proben der Weltraumdeformationstechnologie höchstwahrscheinlich frühestens 100 Jahre später erscheinen, sofern eine konstante Finanzierung verfügbar ist.
Sag mal, fantastisch? Aber vielleicht sollte man bedenken, dass der berühmte englische Physiker William Thomson einige Jahre bevor die Gebrüder Wright ihr Flugzeug in die Luft flogen, sagte, nichts Schwereres als Luft könne fliegen. Und 60 Jahre später lächelte der erste Kosmonaut der Erde und sagte: "Lass uns gehen!.."
Adilet URAIMOV
