Bewegung durch Raum und Zeit

Ein Mensch ist immer von einem Verlangen nach Unbekanntem getrieben, er hat sogar einen speziellen Neurotransmitter - Dopamin, der ein chemischer Motivator für die Informationsbeschaffung ist. Das Gehirn benötigt ständig einen Strom neuer Daten, und selbst wenn diese Daten nicht zum Überleben benötigt werden, gibt es nur einen Mechanismus und es ist eine Sünde, sie nicht zu verwenden.

In dem folgenden Artikel möchte ich die Science-Fiction-Möglichkeiten für die Bewegung zu entfernten Sternen und Galaxien skizzieren, die derzeit im Rahmen wissenschaftlicher Theorien und Hypothesen verfügbar sind.

Angesichts des Kosmos sehen die meisten menschlichen Angelegenheiten unbedeutend aus, sogar unbedeutend. Karl Sagan, 1980

Jeder Mensch hob mindestens einmal in seinem Leben an einem warmen Sommerabend den Kopf und beobachtete die Sterne. Die Tiefe des Weltraums zieht Ehrfurcht an und verursacht Ehrfurcht, wieder jemanden für kurze Zeit und jemanden fürs Leben.

Was ist da Gibt es dort Leben? Und welche Wunder können auf diesen unzähligen Welten sein?

Natürlich ist der einzige Weg dorthin und herauszufinden, durch die Raumzeit zu diesen fernen Sternen, Planeten, Nebeln und sogar - GALAXIEN zu reisen.

Aber leider und ah - die Zeit ist nicht richtig. Das einzige, was unsere Bewegungstechnologien erreichen mussten, ist dank der automatischen Sonden des Voyager-Projekts, dessen Voyager 1 1977 gestartet wurde, nicht weit außerhalb des Sonnensystems!



Aber um ernsthaft über andere Welten zu sprechen, brauchen wir eine Geschwindigkeit, die mindestens der Lichtgeschwindigkeit entspricht, und im Idealfall Superlicht.

Was steht im Weg?

Hier ist alles einfach - die Gesetze der Physik sind grundlegend, außerdem grundlegend.

Gesetz der Kausalität

Das Fazit ist, dass die Untersuchung der Ursache nicht voraus sein kann. Niemand hat zum Beispiel jemals beobachtet, wie eine Ente zuerst tot umfiel und dann ein Jäger feuerte. Bei Geschwindigkeiten über C wird die Reihenfolge der Ereignisse umgekehrt, und das Zeitband wird zurückgespult. Dies kann anhand des folgenden einfachen Arguments leicht überprüft werden.

Angenommen, wir befinden uns auf einem bestimmten Raumschiff und bewegen uns schneller als das Licht. Dann würden wir allmählich das von der Quelle zu immer früheren Zeiten emittierte Licht einholen. Zuerst würden wir Photonen einholen, die beispielsweise gestern emittiert wurden, dann vorgestern emittiert, dann - eine Woche, einen Monat, ein Jahr und so weiter. Wenn die Lichtquelle ein Spiegel wäre, der das Leben reflektiert, dann würden wir zuerst die Ereignisse von gestern sehen, dann vorgestern und so weiter. Wir könnten zum Beispiel einen alten Mann sehen, der sich allmählich in einen Mann mittleren Alters verwandelt, dann in einen jungen Mann, in einen jungen Mann, in ein Kind ... Das heißt, die Zeit würde zurückkehren, wir würden von der Gegenwart in die Vergangenheit übergehen. Ursachen und Wirkungen würden den Ort wechseln.

Einschränkungen der Antike Alberta

(Spezielle Relativitätstheorie)

Neben dem Problem der Kausalität hat die Natur noch strengere Bedingungen gestellt: Bewegung ist nicht nur mit Superluminalgeschwindigkeit, sondern auch mit einer Geschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht, unmöglich zu erreichen - man kann sich ihr nur nähern . Aus der Relativitätstheorie folgt, dass sich mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit drei Umstände ergeben: Die Masse des sich bewegenden Objekts nimmt zu , seine Größe nimmt in Bewegungsrichtung ab und der Zeitfluss auf diesem Objekt verlangsamt sich (aus Sicht des externen "ruhenden" Beobachters). Bei normalen Geschwindigkeiten sind diese Änderungen vernachlässigbar, aber wenn sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, werden sie wahrnehmbarer, und im Grenzbereich - bei einer Geschwindigkeit gleich C - wird die Masse unendlich groß , das Objekt verliert in Bewegungsrichtung vollständig an Größe und die Zeit stoppt darauf. Daher kann kein materieller Körper die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Nur das Licht selbst hat eine solche Geschwindigkeit! (Bei nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt sich das "alles durchdringende" Teilchen, das Neutrino, immer noch).

Im Allgemeinen gibt es neben den oben beschriebenen Problemen viele Probleme, beispielsweise bei nahezu Lichtgeschwindigkeit, wenn ein Objekt mit einem Gewicht von 1 kg mit einem Sandkorn kollidiert, wird eine solche Energiemenge freigesetzt, die es ermöglicht, 10 000 Tonnen Stahl in 1 Sekunde in Dampf umzuwandeln. Wenn wir dies mit der realen Masse des Raumschiffs vergleichen, ist die Explosionskraft gleich oder größer als die Kraft der auf der Sonne stattfindenden Kernprozesse.

Aber der Kluge wird nicht aufsteigen, der Kluge wird umgehen, weil es Gesetze gibt, um sie zu brechen ... Ich scherze, Sie können die Gesetze nicht brechen, aber Science Fiction (und nahezu wissenschaftlich) bietet uns Möglichkeiten, die Prinzipien der SRT zu umgehen.

Methoden superleichter Bewegungen in Raum-Zeit

Einstein-Rosen-Brücken

Einstein-Rosen-Brücken , auch Wurmlöcher oder Wurmlöcher genannt, sind vielleicht die bekanntesten interstellaren Reisemittel - und existieren höchstwahrscheinlich tatsächlich. Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagte die Existenz von Wurmlöchern voraus, obwohl sie noch nicht entdeckt wurden.

In einfachen Worten ist die Einstein-Rosen-Brücke ein Tunnel im Raum, der durch die Verformung der Raumzeit verursacht wird. Massive Objekte wie Sterne oder Schwarze Löcher biegen Zeit und Raum, genau wie eine Bowlingkugel ein Trampolin biegt. Ein ausreichend massives Objekt kann die Raumzeit so stark biegen, dass eine Verbindung zwischen zwei Punkten hergestellt wird, die im Normalzustand ziemlich weit entfernt sind.

Stellen Sie sich ein Blatt Papier und zwei Punkte darauf vor. Sie müssen von einem Punkt zum anderen gelangen, und wenn Sie sich streng auf der Oberfläche des Papiers bewegen, wird diese "Reise" einige Zeit dauern. Wenn wir das Blatt jedoch so falten, dass die Punkte zusammenfallen, und es an dieser Stelle mit einem Bleistift durchstechen und dann einen Bleistift als Tunnel (oder Brücke) verwenden, wird der Abstand zwischen den Punkten erheblich verringert.



Der Eingang zum Wurmloch wurde oft als Eingang zum Tunnel dargestellt, was angesichts des Namens sinnvoll ist. Dies ist jedoch ein Missverständnis. Im Film "Interstellar" wird dieser Moment richtig dargestellt - aus Sicht des Betrachters im dreidimensionalen Raum sollte das Wurmloch wie eine Kugel aussehen.

Wurmlöcher sind eine verlockende Methode für interstellare Bewegungen, da Sie die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten müssen. Die Physik sagt uns, dass sich nichts schneller bewegen kann als Licht. Aber mit Wurmlöchern können große interstellare Entfernungen überwunden werden, ohne dieses Gesetz zu brechen.

Warp Motor

Warp, FTL-Technologie, die derzeit eine echte Chance hat , implementiert zu werden. Warp kann sicher als die realistischste Art bezeichnet werden, sich über die Lichtgeschwindigkeit aller bekannten zu bewegen. Lassen Sie es vorerst nur in Form von Formeln auf Papier bleiben. Es geht um den Alcubierre-Motor .



Das Prinzip der Handlung ergibt sich aus einem Weg, die Spezielle Relativitätstheorie zu umgehen, die postuliert, dass sich nichts im Raum schneller bewegen kann als die Lichtgeschwindigkeit. Der "Weg" ist, dass dieses Postulat nicht für den Raum selbst gilt, der sich durch verschiedene Einflüsse, zum Beispiel das Gravitationsfeld, zusammenziehen und dehnen kann. Der Warp-Motor komprimiert den Raum vor dem Schiff und erweitert ihn hinter dem Schiff, wobei die übliche Raumblase zusammen mit dem Schiff vorwärts bewegt wird .

Im Star Trek-Universum entwickeln solche Motoren im Vergleich zu Science-Fiction-Standards eher bescheidene Geschwindigkeiten - Unternehmensreisen waren auf einen Sektor der Galaxie in der Nähe des Sonnensystems beschränkt (~ 1.500 Lichtjahre), dauerten Jahre und hinterließen eine Reihe weißer Flecken und unerforschter Gebiete.

Hyperraum

Vor nicht allzu langer Zeit erschienen detaillierte experimentelle Daten des WMAP-Raumfahrzeugs zu den Inhomogenitäten der Temperatur des CMB, einem der Hauptbeobachtungsobjekte bei der Untersuchung unseres Universums. Eine Analyse dieser Daten ergab eine große Anomalie in der Winkelverteilung der Schwankungen des CMB bei niedrigen Harmonischen. Eine der Erklärungen für dieses Phänomen war die Theorie, dass sich die Topologie unseres Universums von einer dreidimensionalen Ebene oder Kugel unterscheidet. Wenn man die Topologie unseres Universums in Form eines Dodekaeders betrachtet, konvergieren theoretische Berechnungen eng mit experimentellen Daten.

„Ein flaches topologisch komplexes dreidimensionales Universum kann nur auf der Basis von Würfeln, Parallelepipeds und hexagonalen Prismen aufgebaut werden. Im Fall eines gekrümmten Raums besitzen solche Eigenschaften eine breitere Klasse von Figuren. In diesem Fall stimmen die im WMAP-Experiment am besten erhaltenen Winkelspektren mit dem Dodekaeder-Modell des Universums überein. “ Mikhail Prokhorov, Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Leitender Forscher, Abteilung für Relativistische Astrophysik, Staatliches Astronomisches Institut Sternberg.

Die Möglichkeit der Existenz eines Hyperraums des Universums, in dem unser begrenztes Universum vorhanden ist, wird daher durch Theorien angezeigt, die auf praktischen Daten zu CMB basieren. Selbst wenn ein Hyperraum vorhanden ist, wird eine spezielle Engine benötigt, um sich in diesem Raum zu bewegen.

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Tal vor sich und müssen einen Punkt jenseits des Tals erreichen. Da Sie sich nur auf einer ebenen Fläche (im zweidimensionalen Raum) bewegen können, müssen Sie entweder das Hindernis umgehen oder ins Tal hinuntergehen, es überqueren und dann klettern. Wenn Sie jedoch über eine Ebene verfügen, die sich im dreidimensionalen Raum bewegen kann, gelangen Sie in einer geraden Linie dorthin, wo Sie sie benötigen.

Im Wesentlichen hat der Hyperraum eine Metrik, die sich vom gewöhnlichen dreidimensionalen Raum unterscheidet, und die Bewegung ähnelt der Bewegung in einem Wurmloch. Nur Tunnel können nicht einen, sondern mehrere Punkte gleichzeitig verbinden, die in den gewöhnlichen dreidimensionalen Raum münden. Darüber hinaus unterscheidet sich die Bewegung im Hyperraum selbst visuell von der Bewegung im Wurmloch (im Gegensatz zu gängigen Abbildungen), da die dreidimensionale Struktur des Universums den Reisenden innerhalb des Hyperraums „umhüllt“. Ich denke, wenn dies möglich ist, ist das Spektakel wirklich faszinierend - sichtbare Sterne, Nebel oder ganze galaktische Cluster -, die sich langsam ausbreiten und dehnen und die Farbpalette während der Verlagerung in die kosmologische rote Zone ändern (?).

Die Idee der Hyperraumbewegung wurde meiner Meinung nach 1997 im Film "Contact" erfolgreich gedreht. (Basierend auf dem Roman von Carl Sagan gewann der Film den Hugo-Preis. 2. Platz in der Liste der zuverlässigsten Science-Fiction-Filme laut NASA). Darin erzeugte die Installation, deren Zeichnungen durch ein Signal einer außerirdischen Zivilisation empfangen wurden, die von der Heldin des Films gefangen wurde, Manipulationen mit exotischer Energie und „passierte“ dadurch die Kabine mit einer Person durch den Innenraum der Kugel. Anscheinend fiel die Kabine in den Hyperraum, in den bereits geschaffenen „Tunnel“. Wie sich herausstellte, gibt es in der gesamten Galaxie sehr viele dieser Tunnel, die alle von einer älteren Zivilisation geschaffen wurden. Nun, das ist aus den Worten des Vertreters der Rasse, dessen Signal von der Heldin des Films gefangen wurde. Das ist es, Leute. Persönlich habe ich diesen Film oben. Aber wie die Praxis zeigt, mag es nicht jeder.

Immaterielle Teleportation

Wir wissen, dass die häufigste Erklärung für die Teleportation die sofortige Bewegung eines materiellen Objekts im Raum in beliebiger Entfernung ist.
In diesem Zusammenhang können Sie das Wurmloch verwenden, aber wir haben bereits darüber gesprochen. Lassen Sie uns also über einen grundlegend anderen Weg sprechen.

Und wir sind an der Teleportation von Informationen über eine Substanz bis hin zu einer Quantenfotografie eines Staates interessiert.

Der Vorgang ist ungefähr wie folgt: Ihr Körper platziert die Installation an Punkt A, der Sie nach subatomaren Partikeln und ihrem Quantenzustand durchsucht und dann Ihre Kopie digitalisiert. Danach wird der Quantenzustand in einem einzigen Strom über Standardkommunikationskanäle übertragen. Aber es gibt ein Problem - dies ist laut SRT ein Verbot der superleichten Übertragung von Daten. Wenn die Wissenschaft die Existenz hypothetischer Partikel mit einer negativen oder imaginären Ruhemasse wie Tachyon nachweist, können Informationen über das Objekt mit überluminaler Geschwindigkeit übertragen werden. Oder vielleicht sogar mit Hilfe von Gravitationswellen (?). Danach wird in Punkt B die Person auf Quantenebene und voila neu erstellt - sie ist bereits am Ziel. Diskussionen über die in der Installation zerstörte „Seele“. Und ich lasse es weg, weil ich Atheist bin und dies nicht berücksichtige (Müll).

Diese Methode ist insofern gut, als Sie für die Quantenteleportation eines materiellen Objekts nicht die Krümmung der Raum-Zeit verwenden und viel Energie verbrauchen müssen. Das Problem liegt natürlich in der Erstlieferung der Installation selbst, die das Objekt an Punkt B reproduziert. Sie kann aber auch auf längere Weise geliefert werden, ohne auf ein oder mehrere Menschenleben beschränkt zu sein.

Masse auf Null stellen

Alle Raumschiffe des Mass Effect-Universums verwenden auf die eine oder andere Weise das Null-Element, das den festgelegten Mass Effect erzeugt, indem es entweder die Masse der Objekte um es herum verringert oder erhöht. Somit ist es möglich, die Relativitätstheorie zu drehen und die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten.

Gewöhnliche Fahrten zwischen Planeten und nahegelegenen Sternen werden mit FTL-Motoren durchgeführt, die nur die Masse des Schiffes reduzieren können. Für interstellare Flüge über große Entfernungen wird Mass Relay verwendet - riesige Stationen, die um dichte Kerne herum gebaut sind, die aus einem Nullelement bestehen. Relais sind normalerweise an ein oder mehrere andere Relais gebunden und können einen Korridor schaffen, in dem die Masse praktisch verschwindet und das Schiff fast augenblicklich in Tausende von Lichtjahren versetzt

Geschlossene zeitähnliche Kurven

Die letzte Form der superluminalen Bewegung, die wir auf den ersten Blick betrachten, scheint die am wenigsten wissenschaftliche zu sein.

Seit 55 Jahren erzählt die Doctor Who-Reihe von Abenteuern in Zeit und Raum des Doktors und seiner menschlichen Begleiter. Welche Fahrzeuge haben sie benutzt? Eine große blaue Box namens TARDIS (Zeit und relative Dimension im Raum), die sie an jeden Ort und zu jeder gewünschten Zeit übertragen kann.

Die TARDIS wurden von der alten Rasse der Time Lords gebaut (oder eher angebaut) und sind magischer als die Mass Effect-Technologie. Wie der Doktor selbst erklärte, handelt es sich bei seinem Fahrzeug um eine "wackelig wattierte temporäre Svremennoe-Figur". Es scheint eine gewisse Verzögerung beim Bewegen in der TARDIS zu geben - das heißt, es ist näher am Hyperantrieb als am Teleportator. Tatsächlich verschwindet die TARDIS hier, fliegt durch den "vorübergehenden Wirbelwind" und erscheint dort. Das ist alles, was Sie wirklich wissen müssen.



Oder nicht? Es stellt sich heraus, dass die TARDIS noch mehr theoretische Grundlagen als der Hyperraum hat.

Im Jahr 2013 veröffentlichten die Physiker Benjamin C. Tippett und David Tsang ein Papier, in dem die theoretischen Grundlagen für die Schaffung einer Echtzeitmaschine vorgeschlagen wurden, d. H. eine Möglichkeit, in Ihre Vergangenheit zu reisen. Der Artikel hatte den Titel „Traversable Achnronal Retrograde Domains In Spacetime“ ( siehe Abkürzung).

Tippett und Tsang beschreiben einen Zeitreisenden in einer Raum-Zeit-Blase, die in eine geschlossene zeitähnliche Kurve eintritt (im Wesentlichen dieselbe wie die Einstein-Rosen-Brücke). Innerhalb dieser Kurve kann der Reisende auf seiner eigenen Zeitachse überall hingehen, während innerhalb der Blase die Zeit wie gewohnt zu fließen scheint.

Zwei Physiker haben sogar vorgeschlagen, zeitähnliche Kurven zu trennen und zu verbinden, um nicht nur auf Ihrer eigenen Zeitachse, sondern überall in Zeit und Raum reisen zu können.

Nun, wie alles, was ich dir anbieten könnte.

Sicherlich habe ich etwas verpasst oder bin sogar zu weit in das Fantasy-Reich gegangen. Also warte ich auf deine Version in den Kommentaren.