Schneller als leichtes Reisen: Ist Warpantrieb wirklich möglich?

Im Universum von Star Trek wagt sich die Menschheit am 5.April 2063 mit der ersten Reise auf einem Schiff, das schneller als leicht reisen kann, in die Galaxie. Mit dem neu erfundenen Warpantrieb können Menschen nicht nur den Kosmos erkunden, sondern auch die Aufmerksamkeit der Vulkanier auf sich ziehen und unseren ersten Kontakt mit einer fremden Spezies herstellen.,

Es ist 54 Jahre her, seit wir zum ersten Mal in das Unternehmen eingeführt wurden, und viele der futuristischen Technologien von Star Trek wurden seitdem erfunden, von Handheld-Kommunikatoren zu Universalübersetzern. Warpantrieb ist die nächste offensichtliche Wahl: Voyager 1, die von jedem Raumschiff am weitesten von der Erde entfernt ist, brauchte fast 35 Jahre, um das Sonnensystem zu verlassen. Nicht gerade praktisch für interstellare Reisen.

Zum Glück für die Menschheit haben theoretische Physiker daran gearbeitet., Im Mai 2020 veröffentlichte der NASA-Wissenschaftler Harold „Sonny“ White einen internen Machbarkeitsbericht, in dem die Technologie unter dem Gesichtspunkt der „frühen Missionsplanung“ diskutiert wurde.,

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Die erste wissenschaftliche Theorie des Warp-Antriebs entstand 1994, als der theoretische Physiker Miguel Alcubierre verwendete Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, um einen Rahmen zu entwickeln, der eine schnellere als leichte Reise innerhalb der Grenzen der Gesetze der Physik ermöglicht., Der Schlüssel, der es möglich macht, ist, dass das Schiff selbst technisch nicht schneller als Licht fährt.

„Was Warpantrieb tut, sagt im Grunde, dass es kein Gesetz der Physik gibt, das besagt, dass Raumzeit selbst nicht schneller gehen kann als die Lichtgeschwindigkeit“, sagt Dr. Erin Macdonald, Astrophysiker und Wissenschaftsberater für Star Trek.

„Und so ist das Konzept des Warp-Antriebs zu sagen, alles in Ordnung, nehmen wir unser Schiff, lassen Sie uns eine Blase von Raum-Zeit um ihn herum bauen, und dann haben wir, dass treibt uns schneller als die Lichtgeschwindigkeit“, sagt sie., Es ähnelt der Idee eines Rennwagens, der an Bord eines Zuges fährt: Jemand, der an den Gleisen steht, würde sehen, dass das Auto viel schneller fährt als seine Höchstgeschwindigkeit.

Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie ist das Universum ein flaches Blatt Raum-Zeit, das von jedem Objekt mit Masse verzerrt wird. „Wir denken an die Bowlingkugel auf dem Trampolin und diese Bowlingkugel taucht das Trampolin herunter“, sagt Macdonald, „und das macht Mass mit der Raumzeit.“Diese Verzerrung der Raumzeit erleben wir als Schwerkraft.,

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Das Alcubierre-Laufwerk verwendet dasselbe Konzept. Die „Blase“, die das Schiff umgibt, ist ein Raum-Zeit-Bereich, der vor dem Schiff komprimiert und dahinter erweitert wird. Wie bei der Schwerkraft können Sie diese Verzerrung mit einer großen Menge an Masse erzeugen. Alternativ können Sie dank Einsteins E = mc2 (Energie ist gleich Masse, mal die Lichtgeschwindigkeit im Quadrat) auch eine große Menge Energie verbrauchen.,

Innerhalb der Blase ist die Raumzeit völlig flach, was bedeutet, dass die Raumreisenden keine seltsamen, relativistischen Effekte bemerken würden. Das Ergebnis ist, dass die Blase der Raumzeit durch das Universum geschleudert wird, wobei die Reisenden bequem in ihrem Schiff sitzen und der Tacho immer noch die gleiche Nummer liest.

Leider ist das Erstellen eines Warpantriebs noch schwieriger als es sich anhört. „Man muss sehr, sehr viel Energie haben“, sagt José Natário, außerordentlicher Professor für Mathematik am Instituto Superior Técnico der Universität Lissabon.,

„Um die Verformung zu haben, die Sie für diese Art von Dingen benötigen, würden Sie viel, viel mehr Energie benötigen als die Sonne oder die Galaxie“, sagt er. „Aber es ist auch negative Energie.“

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Negative Energie ist nicht etwas, das wir derzeit herstellen können – schon gar nicht in den Mengen, die benötigt werden, um eine warp-Laufwerk. Wie könnte Energie überhaupt negativ sein?,

Eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, besteht darin, ein Teilchen mit negativer Masse zu betrachten. Diese Teilchen würden auf die Schwerkraft genau entgegengesetzt zu Partikeln positiver Masse reagieren. Anstatt zu einem Planeten oder Stern gezogen zu werden, würden sie weggeworfen.

„Wenn wir eine solche Komponente hätten, bei der wir eine negative Masse hätten, wäre alles, was diese Masse zusammenhält, diese negative Energie“, sagt Macdonald.

Dies ist auch kein Problem, das mit der Verfeinerung der Idee verschwinden wird: Natário hat mathematisch bewiesen, dass jede Form von Warpantrieb negative Energie benötigt.,

Joseph Agnew ist ein Doktorand an der University of Alabama in Huntsville, dessen Bachelor-Arbeit über Warpantrieb im AIAA Journal veröffentlicht wurde. Er glaubt, dass mehr Forschung zu den Grundlagen der Physik der Weg für den Warpantrieb ist.

„Eine weitere experimentelle Untersuchung natürlich vorkommender Gravitationswellen und vielleicht eine Studie über den Versuch, künstliche Gravitationswellen zu erzeugen, würde das Verständnis der Schwerkraft und damit der Raumzeit und der damit verbundenen Wissenschaft wirklich voranbringen“, sagt Agnew.,

Natário glaubt, dass es ein noch größeres Problem mit dem Konzept des Alcubierre-Antriebs gibt. Stellen Sie sich ein Überschallflugzeug vor, das schneller fliegt als die Schallgeschwindigkeit. Sie hören das Flugzeug erst, wenn es bereits vorbei ist, weil die Schallwellen nicht mithalten können. Der Warpantrieb erlebt den gleichen Effekt mit Lichtwellen, was bedeutet, dass es keine Möglichkeit gibt, eine Nachricht vor Ihnen zu senden.,

„Ich nenne es das Problem“ Du brauchst eins, um eins zu machen““, sagt Natário. Wie erstellen Sie die verzerrte Raum-Zeit-Geometrie um Ihr Schiff herum? Zuerst müssten Sie ein Signal vor sich senden, um die Raumzeit zu „sagen“, sich zu verziehen, sagt Natário. „Damit es schneller geht als Licht, braucht man etwas, das zunächst schneller geht als Licht, damit man außerhalb des Horizonts kommunizieren kann.“

Diese beiden Probleme-kombiniert mit dem leichten Problem, dass die Reisenden mit unglaublich energiereicher Strahlung bombardiert würden-sind der Untergang des Warpantriebs, glaubt Nátario., „Unterm Strich ist es meiner Meinung nach völlig unmöglich“, sagt er.

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Agnew ist optimistischer. „Viele dieser theoretischen Raumtransportkonzepte beruhen weitgehend auf einem gründlichen Verständnis von Schwerkraft und Raumzeit, was derzeit einfach nicht der Fall ist“, sagt er.

„Ich sehe noch keine Möglichkeit, mit absoluter Sicherheit zu sagen, dass es „in einer Million Jahren niemals passieren wird“., Im Zweifelsfall diktiert die Geschichte, dass es besser ist, auf der Seite des vorsichtigen wissenschaftlichen Optimismus zu irren.“

Auch Macdonald ist hoffnungsvoll. „Ich bin damit ein ewiger Optimist, weil ich der Sternenflotte beitreten möchte“, sagt sie. „Die Art, wie ich darüber nachdenke, ist, als wüssten wir nie, was mit diesen seltsamen, exotischen, lustigen Gedankenexperimenten in die Pfeife kommen wird.

“ Ich stimme in diesem Stadium zu, im Moment ist es ein lustiges Gedankenexperiment. Aber das schließt nicht eine massive Entdeckung aus, die passieren kann, die wir nicht vorhersagen können.,“