Fragen Sie Ethan: Welche wissenschaftlichen Experimente können uns die Tür zur Zukunft öffnen?

Die ALPHA-Zusammenarbeit kam der Messung des Verhaltens neutraler Antimaterie in einem Gravitationsfeld am nächsten. Die Ergebnisse können die Tür zu erstaunlichen neuen Technologien öffnen.

Träume von Instant Messaging, interstellaren Raumschiffen und der Fähigkeit, in der Zeit zu reisen - das sind die Klammern der Science-Fiction. In vielerlei Hinsicht stellen sie die größten Hoffnungen der Menschheit dar, basieren jedoch auf Technologien, die über die heutige bekannte Wissenschaft hinausgehen. Und doch ist es angesichts der Experimente an der Spitze der Öffnungen möglich, dass sich jederzeit eine neue Tür öffnet. Wenn wir Glück haben - was erwartet uns gleich hinter dem Horizont? Genau das möchte der Leser Igor Zhbanov wissen:

Wenn wir Glück haben, welche Art von wissenschaftlichen Experimenten, die für die nächsten zwanzig Jahre geplant sind, können uns neue Wege eröffnen, um Science-Fiction-Technologien zu entwickeln?

Es gibt viele fantastische Möglichkeiten, die unsere Realität bis zum Ende des 21. Jahrhunderts verändern können.


Alle Raketen, die jemals erfunden wurden, benötigen irgendeine Art von Treibstoff, aber wenn Sie einen Motor mit dunkler Materie bauen, können Sie neuen Treibstoff finden, indem Sie sich einfach durch die Galaxie bewegen

Dunkle Materie (TM) kann zu einer unbegrenzten Kraftstoffquelle werden, die nicht mitgenommen werden muss. Eines der größten Geheimnisse der Wissenschaft ist die Natur von TM. Dank indirekter Messungen wissen wir über seine Existenz und über seine große Anzahl Bescheid. Wenn wir alle HM sammeln, die in einer so großen Galaxie wie unserer vorhanden sind, wird sich herausstellen, dass es fünfmal mehr ist als normale Materie (basierend auf Atomen). Es besteht mit ziemlicher Sicherheit aus Partikeln mit folgenden Eigenschaften:

• sie haben Masse,
• Sie haben keine elektrische oder Farbladung.
• sie interagieren gravitativ,
• und bis zu einem gewissen Grad müssen sie mit sich selbst und mit normaler Materie kollidieren.

Aus der berühmten Einstein-Gleichung E = mc ² wissen wir, dass in einem TM eine riesige Energie gespeichert ist: fünfmal mehr als in jeder gewöhnlichen Materie. Wenn das Universum für uns günstig ist, können wir es möglicherweise nutzen.


Die Massenverteilung im Galaxienhaufen Abell 370 , die auf der Basis von Gravitationslinsen aufgebaut ist, zeigt zwei große gestreute Massenhalos, die HM entsprechen, und zwei kollidierende Haufen. Um und innerhalb jeder Galaxie, jedes Clusters und jeder massiven Anordnung gewöhnlicher Materie gibt es fünfmal mehr TM.

Viele Experimente suchen nach Kollisionen von TM sowohl mit dem Normalen als auch mit sich selbst. Es gibt zwei Arten von Partikeln: Fermionen (mit halbzahligen Spins) und Bosonen (mit ganzen Spins). Wenn ein TM aus Bosonen besteht, handelt es sich höchstwahrscheinlich um ein eigenes Antiteilchen. Wenn Sie also ein paar TM-Partikel fangen und sie miteinander interagieren lassen, vernichten sie sich. Und wenn sie vernichten, geben sie reine Energie ab. Mit anderen Worten, es wird eine freie und unbegrenzte Energiequelle sein, die überall und überall verfügbar ist. Und da es überall ist, müssen Sie es nicht einmal auf dem Weg des Universums mitnehmen. Daher ist bei Experimenten, die nach TM suchen, der ultimative Traum unbegrenzte und freie Energie.


Ein Star Trek Warp-Feld, das den Raum vorne verkürzt und den Rücken verlängert

Antimaterie kann eine negative Masse haben, was bedeutet, dass sie der Schlüssel zur Schaffung einer Warp-Engine sein kann . Wenn Sie zu den Sternen reisen möchten, lassen Sie gewöhnliche Energie- und Kraftstoffquellen nicht zu weit reisen. Oder sie lassen Sie buchstäblich nicht zu schnell reisen: Sie werden immer durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt sein. Der nächste sonnenähnliche Stern mit Planeten, die möglicherweise für das Leben geeignet sind, Tau Ceti , ist 12 Lichtjahre von uns entfernt, was bedeutet, dass eine einfache Reise dorthin und das Senden von Informationen darüber nicht weniger als eine ganze Generation zurückreicht. Aber wenn wir den Raum vor uns auf einer Reise durch den interstellaren Raum quetschen und gleichzeitig den Raum hinter uns erweitern könnten, könnten wir viel schneller dorthin gelangen. Diese Idee basiert auf dem Warp-Motor, den der Astrophysiker Miguel Alcubierre 1994 auf zuverlässige physikalische Schienen stellte.


Alcubierres Lösung für die Relativitätstheorie, mit der Sie sich ähnlich wie bei einem Warp-Motor bewegen können. Diese Lösung erfordert eine negative Masse.

Um die für die Warp-Engine erforderliche Raum-Zeit-Konfiguration zu erstellen, sind zwei Dinge erforderlich: eine enorme Energiemenge und das Vorhandensein einer negativen Masse. Diese negative Masse, deren Vorhandensein nur angenommen wird, ist für die Verformung der Raumzeit in besonderer Weise erforderlich, die für die Implementierung des Warp-Motors erforderlich ist. Wir haben die Masse der Antimaterieteilchen noch nicht gemessen; Sie fallen in das Gravitationsfeld „hoch“ oder „runter“, was wir im Experiment noch nicht verifiziert haben. Das ALPHA- Experiment am CERN wird nun durchgeführt, um die Wirkung der Schwerkraft auf Antimaterie und das Verhalten von Antimaterie in einem Gravitationsfeld zu messen. Wenn sich herausstellt, dass es im Gravitationsfeld „hoch“ fällt, können wir die negative Masse erhalten, die wir benötigen, und der Warp-Motor wird möglich sein.


Das Virtual IronBird-Tool für das Centrifuge Accommodations Module (CAM) auf der ISS ist eine Möglichkeit, künstliche Schwerkraft zu erzeugen, benötigt jedoch viel Energie und ermöglicht nur die Erzeugung einer bestimmten zentripetalen Kraft. Wahre künstliche Schwerkraft würde die Manipulation der negativen Masse erfordern.

Eine negative Masse würde es uns auch ermöglichen, künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Diese Möglichkeit der Existenz einer negativen Masse im Universum würde es uns ermöglichen, ein künstliches Gravitationsfeld so zu erzeugen, wie wir es jetzt nicht können. Das Vorhandensein einer positiven und negativen Ladung im Elektromagnetismus ermöglicht es uns, Leiter zu erzeugen, dank derer wir das elektrische Feld zwischen ihnen manipulieren und uns vom elektrischen Feld außerhalb von ihnen schließen können. Die Schwerkraft, wie wir sie jetzt verstehen, hat nur eine Art von Ladung: eine positive Masse. Die Existenz einer negativen Masse würde es uns jedoch ermöglichen, eine Umgebung mit wirklich null Schwerkraft zu schaffen, wenn wir sie richtig konfigurieren können, und uns auch die Möglichkeit geben, ein künstliches Schwerkraftfeld beliebiger Kraft zwischen zwei Systemen mit positiver und negativer Masse zu erzeugen.


Die Idee, heute in die Vergangenheit zu reisen, bezieht sich auf Science-Fiction. Wenn jedoch in unserem Universum geschlossene Zeitschleifen existieren können, ist dies nicht nur möglich, sondern sogar unvermeidlich

Ein rotierendes Universum könnte es uns ermöglichen, in der Zeit zurück zu reisen. Zeitreisen sind nicht nur möglich, sie sind unvermeidlich - vorwärts. Wenn Raum und Zeit zu einem einzigen Raum-Zeit-Gefüge kombiniert werden, muss die Physik, die wir heute kennen, ernsthaft durcheinander gebracht werden, um eine zeitliche Rückreise zu ermöglichen. Es ist ziemlich einfach, zu Ihrem Ausgangspunkt im Weltraum zurückzukehren. Die Erde kehrt dazu zum Ausgangspunkt der Umlaufbahn um die Sonne zurück, bewegt sich aber gleichzeitig zeitlich (um ein Jahr) erheblich vorwärts. Geschlossene räumliche Schleifen sind leicht zu erreichen. Um jedoch zum Ausgangspunkt zurückzukehren, ist etwas Ungewöhnliches erforderlich - es gibt keine geschlossenen Zeitschleifen in unserem expandierenden und mit Materie gefüllten Universum. Es sei denn natürlich, das Universum dreht sich nicht.


Für das Auftreten geschlossener Zeitschleifen reicht die Rotation einer Galaxie nicht aus, es ist notwendig, dass sich das gesamte Universum dreht

Im rotierenden Universum gibt es eine exakte Lösung, bei der, wenn die Dichte der Materie und die kosmologische Konstante (es ist auch dunkle Energie) bestimmte Werte haben, geschlossene Zeitschleifen im Universum existieren. Bisher haben wir die globale Rotation des Universums begrenzt, aber nicht vollständig ausgeschlossen. Wenn sich herausstellt, dass sich das Universum mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht und die Anforderungen der Materiedichte und der kosmologischen Konstante perfekt in Einklang bringt, ist es durchaus möglich, in der Zeit zurück zu gehen und nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit zum Ausgangspunkt zu gelangen. Eingehende Untersuchungen großer Bereiche des Himmels, wie die bevorstehenden WFIRST- und LSST-Experimente, können eine solche Rotation erkennen, falls vorhanden.


Das NASA WFIRST-Satellitenkonzept, das 2024 ins All gehen und uns die genauesten Messungen der Dunklen Energie liefern sowie andere unglaubliche Weltraumfunde entdecken soll

Die Wissenschaft ermöglicht exotischere Möglichkeiten - Teleportation physischer Objekte, sofortige Bewegung zwischen verschiedenen Punkten (Wurmlöchern) oder Kommunikation schneller als Licht -, aber solche Möglichkeiten erfordern viel ernstere und komplexere Problemumgehungen als ein einfaches Experiment, das unerwartete, aber akzeptable Ergebnisse liefert. Wir müssen jedoch nach solchen Möglichkeiten suchen. Wissenschaft ist keine Geschichte mit einem Endziel, in der wir alles herausfinden, was möglich ist, und dann aufhören. Dies ist eine fortlaufende Detektivgeschichte, in der jede Entdeckung, jeder Meilenstein und jedes Experiment unweigerlich zu tieferen Fragen führt. Wohin auch immer uns dieser Weg führt, es ist wichtig, sich diese Möglichkeiten und die für ihre Realisierung notwendigen Möglichkeiten vorzustellen - bei jedem Schritt der Reise.

Ethan Siegel - Astrophysiker, Wissenschafts-Popularisierer, Autor von Starts With A Bang! Er schrieb die Bücher „Beyond the Galaxy“ ( Jenseits der Galaxie ) und „Tracknology: the science of Star Trek“ ( Treknology ).

FAQ: Wenn sich das Universum ausdehnt, warum erweitern wir uns dann nicht? warum das Alter des Universums nicht mit dem Radius seines beobachteten Teils übereinstimmt .