Fragen Sie Ethan: Welche unmögliche Physik wäre mit einem Warp-Antrieb möglich?

Enterprise-Raumschiff von Star Trek: The Next Generation

Als das Debüt der Star Trek-Serie vor 50 Jahren den Warp-Antrieb erstmals ins öffentliche Bewusstsein brachte, war unser Verständnis des Universums anders als heute. Erstens war die Warp-Engine nur ein Hilfsmittel für die Handlung, das es ermöglichte, entfernte Sterne zu erreichen, ohne die Charaktere und das Universum zu altern. Es wurde angenommen, dass es physikalisch unmöglich ist, weil es die Relativitätsgesetze von Einstein verletzt. Zweitens glaubte man, dass die Schwerkraft entfernte Galaxien zueinander anzieht und dass man, wenn man sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, irgendwann irgendwohin fliegt. Wir wussten nichts über dunkle Energie. Eine 1998 durchgeführte Studie des sich beschleunigenden Universums ergab, dass nur 3% der Galaxien im beobachtbaren Universum für die Lichtgeschwindigkeit erreichbar sind. Doch 1994 entdeckte Miguel Alcubierre eine Lösung für die allgemeine Relativitätstheorie, die den Warp-Motor plötzlich in den Bereich des physikalisch Möglichen bewegte. Kann uns der Warp-Antrieb helfen, diese Galaxien zu erreichen? Der Leser interessiert sich genau dafür:

Wird es mit dem Alcubierre-Motor möglich sein, Galaxien zu erreichen, die heute als unerreichbar gelten?

Eine positive Antwort auf die Frage öffnet nur den Schleier dessen, was in diesem Fall möglich sein wird.


Wie ein Warp-Motor aussehen könnte

In unserem Universum unterscheiden sich mögliche und unmögliche Dinge durch die Relativitätstheorie. In Bezug auf andere Materieteilchen oder Strahlung, sei es massiv oder masselos, kann sich nichts schneller bewegen als die Lichtgeschwindigkeit. Es ist physikalisch unmöglich, ein massives Objekt auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, da dies unendlich viel Energie erfordern würde. Wir können nur hoffen, näher daran zu kommen, was es uns ermöglicht, sehr schnell, aber nicht willkürlich schnell zu reisen. Da sich das Gewebe des Universums, Raum-Zeit, an sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausdehnt, bewegen sich die von uns entfernten Galaxien mit einer Geschwindigkeit von uns weg, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Natürlich bewegen sie sich nicht direkt, aber die Expansion des Universums garantiert, dass alles, was 15 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist, für uns aufgrund des zu schnell wachsenden Raums zwischen uns unzugänglich ist.


Gelb ist das beobachtbare Universum, Violett ist erreichbar

Es spielt keine Rolle, wie viel Energie wir in ein Raumschiff pumpen, es spielt keine Rolle, wie nahe wir der Lichtgeschwindigkeit kommen. Galaxien, die sich außerhalb der erreichbaren Zone befinden, dehnen sich mit einer Geschwindigkeit von uns weg aus, die Einsteins Relativitätsgrenzen überschreitet. Mit der Zeit werden sie immer weiter von uns entfernt sein, selbst wenn wir mit Lichtgeschwindigkeit auf sie zufliegen. So sieht das Universum aus, wo dunkle Materie dominiert: Sogar das Gewebe des Weltraums spielt gegen dich. Die Entscheidung von Alcubierre für GRT ändert diese Einschränkungen jedoch nicht nur, sondern beseitigt sie insgesamt. Ein Objekt kann sich immer noch nicht schneller als Licht durch den Raum bewegen, aber plötzlich kann der Raum, der Ihr Objekt umgibt, etwas tun, was vorher nicht geschehen ist.



Obwohl die Alcubierre-Lösung eine neue Art von Materie oder Energie erfordert - eine Substanz mit einer negativen Masse / Ruheenergie -, können Sie den Raum vor Ihnen in Bewegungsrichtung erheblich verformen (komprimieren) und gleichzeitig den Raum hinter Ihnen rückwärts verformen (erweitern). In praktischer Hinsicht können Sie so die Entfernung, die vor Ihnen liegt, zehn-, hunderte oder tausende Male verringern: Dies entspricht einer Bewegung mit einer Geschwindigkeit von mehr als Warp 9 im Star Trek-Universum. Und wenn Sie die Entfernung zu Ihrem Ziel komprimieren können, können Sie jede Raumausdehnung in einem expandierenden Universum überwinden.

Die Auswirkungen dessen, was plötzlich physisch möglich wird, sind erstaunlich.


Remote-Galaxienhaufen ohne Warp-Engine nicht erreichbar

Siehe unsichtbare Galaxien. Sie können nicht nur alles „fangen“, was sich von Ihnen aus im Weltraum bewegt, auch wenn sich der Weltraum schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt - so können Sie Galaxien außerhalb des beobachtbaren Universums „fangen“! Jetzt können wir nur die Entfernung sehen, die Licht in den 13,8 Milliarden Jahren seit dem Urknall durch das expandierende Universum zurücklegt. Wenn Sie jedoch den Raum deformieren und die Grenze überschreiten können, indem Sie auf Ihrer Reise Photonen überholen, können Sie durch das Universum fliegen und Sterne, Galaxien und Teile des Universums sehen, deren Licht niemals die Erde erreichen wird. Dies wird wirklich eine Reise zu jenen Orten sein, an denen noch niemand zuvor war!



Eine Zukunft sehen, die die Erde niemals sehen wird. Alles im Universum sieht dasselbe Universum wie wir: das Universum, das 13,8 Milliarden Jahre existiert. Aber wenn wir uns die Sterne und Galaxien ansehen, die Tausende, Millionen oder Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind, sehen Sie, was sie vor Tausenden, Millionen oder Milliarden von Jahren waren! Für alle Galaxien, die nicht zu unserer lokalen Gruppe gehören, gibt es eine Einschränkung, wie alt wir sie sehen können, da nur das „junge Licht“ uns erreichen kann. Das von den meisten Galaxien emittierte Licht wird uns aufgrund der Ausdehnung des Universums niemals erreichen. Aber mit einem Warp-Motor können wir sie heute besuchen und sehen. Dies würde es uns ermöglichen, die Stadien der kosmischen Evolution direkt zu beobachten - für das, was wir nur erraten können.


Ein sehr junger staubiger Stern, wie unsere Sonne in der Jugend hätte sein können

Um uns in der Vergangenheit zu sehen. Der Warp-Motor kann nicht rechtzeitig fahren, aber wenn es möglich ist, das lange von der Erde, der Sonne oder der Milchstraße emittierte Licht zu überholen, können Sie es mit Hilfe geeigneter Werkzeuge fangen. Sie können 65 Millionen Lichtjahre zurückfliegen und mit Hilfe eines ziemlich leistungsstarken Teleskops den Asteroiden sehen, der die Dinosaurier zerstört hat. Fliegen Sie 12.000 Lichtjahre entfernt und sehen Sie das Ende der letzten Eiszeit. Fliegen Sie 53 Lichtjahre davon und überzeugen Sie sich selbst, wer John F. Kennedy getötet hat. Fliegen Sie 4,5 Milliarden Lichtjahre entfernt und beobachten Sie die Geburt des Sonnensystems. Der Warp-Motor kann in Verbindung mit einem leistungsstarken Teleskop ein ideales forensisches Werkzeug sein.


Ein Schiff mit konventionellen Waffen wie Lasern, die durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt sind, kann mit einem Warp-Motor leicht überlistet und zerstört werden

Überwinde jede Waffe und greife ganz plötzlich an. Jeder Kampf ist durch die Geschwindigkeit der Objekte begrenzt: die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Sie sich jedoch schneller bewegen können, können Angriffe, die durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt sind, Sie nicht verletzen. Und wenn Sie sich als Angreifer einem Ziel mit einer Geschwindigkeit nähern, die die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, kann es Ihre Nähe zu keinen Sensoren feststellen. Wenn Sie es schaffen, Ihren Gegner mit einer Geschwindigkeit zu treffen, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, spürt er zuerst den Schlag, dann sieht er Ihre Faust gegen sein Gesicht und dann sieht er, wie sich Ihre Faust mit beliebig hoher Geschwindigkeit von seinem Gesicht entfernt.

Auf die gleiche Weise können Sie eine Illusion oder einen Effekt erzeugen, der auf den ersten Blick die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, obwohl sich nur die Struktur des Raums ändert.



In Wirklichkeit wird die Warp-Engine keine physikalischen Gesetze verletzen. Die kontrollierte Verzerrung des Raums umgeht nur eine Einschränkung des Möglichen - dass sich nichts mit Masse im Raum relativ zu einem anderen Objekt schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Wenn der Alcubierre-Motor real wäre, könnten wir nicht nur zu einem Stern oder einer Galaxie im Universum gelangen, sondern auch das erreichen, was heute als unmöglich angesehen wird. Wir könnten Dinge wissen, die wir auf andere Weise nicht wissen könnten - um unsere Überzeugung zu testen, dass das Universum isotrop und homogen ist und dass die Eigenschaften von CMB für alle Punkte des Raums gleich sind. Die Einführung fantastischer Technologien in das Leben wäre der unglaublichste Segen für die Wissenschaft von allem, was man sich vorstellen kann.