Star Trek-Physik: Wie funktioniert der „Warp-Antrieb“ und welche Probleme bringt er mit sich?

So ziemlich jedem ist der Warp-Antrieb ein Begriff. Das Raumschiff Enterprise hat diesen Begriff etabliert und beinahe jeder hat zumindest schon einmal davon gehört. Wenn die Enterprise auf Warp beschleunigt, kommt sie in kürzester Zeit von einem Sternensystem in das nächste und legt völlig utopische Entfernungen in null komma nichts zurück. Doch wie soll dieser Antrieb eigentlich funktionieren, wäre er rein theoretisch mit der Relativitätstheorie zu vereinbaren und wäre er überhaupt ohne irgendwelche Folgen einzusetzen? Diesen Fragen möchte ich hier auf den Grund gehen.

enterprise_warpDie Enterprise bei der Warp-Beschleunigung. Bild: public domain

Unter einem Warp-Antrieb versteht man einen Antriebsmechanismus, der durch eine gezielte Krümmung der Raumzeit das Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit ermöglichen soll. Er wurde von Gene Roddenberry für seine Serie „Star Trek“ erdacht und sollte das Problem der interstellaren Raumfahrt lösen, auf der das Grundprinzip von Star Trek basiert. Mittlerweile wird der Begriff generell in der Science Fiction verwendet, er wird nur verschiedentlich von den Autoren ausgelegt und betitelt. Konkret wird bei Verwendung eines Warp-Antriebes die Raumzeit vor dem Raumschiff kontrahiert und dahinter wieder expandiert. Die Enterprise fliegt zu keiner Zeit mit Überlichtgeschwindigkeit, sondern es wird, einfach gesagt, der Weg zum Ziel verkürzt. Daher auch der Name. Aus dem englischen übersetzt bedeutet Warp: verzerren; krümmen. Und diese Theorie wurde ausgiebig überdacht und bearbeitet. Durch die Krümmung der Raumzeit bewegt sich das Raumschiff zwar schneller als das Licht, es wird aber zu keiner Zeit auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt. Da sich der Raum nach Einstein schneller als das Licht ausbreiten darf, ist die Methode, in einer sogenannten „Warp-Blase“ mitzufliegen, auch mit der Relativitätstheorie zu vereinbaren.

Warp-AntriebDarstellung der Funktionsweise des Warp-Antriebes durch Krümmung der Raumzeit. Bild: public domain

Doch woher soll die Energie kommen, die dafür nötig wäre? Auch darauf hat die Star Trek-Physik eine Antwort, und die heißt „exotische Materie„. Das ist eine hypothetische Materie mit negativer Energiedichte, die aber bis heute nie beobachtet oder nachgewiesen wurde. Damit kommen wir auch schon zu den Problemen, die der Warp-Antrieb mit sich bringt. Brendan McMonigal von der australischen University of Sydney und seine Kollegen haben sich angeschaut, welchen kosmischen Partikeln ein Raumschiff auf seiner überlichtschnellen Reise begegnen würde. Dabei kam heraus, dass die Teilchen in die Warp-Blase rund um das Raumschiff eindringen würden. Beim Abbremsen auf „normale“ Geschwindigkeit geschähe dann das Ungeheure, wie die Forscher im Fachblatt „Physical Review D“ schreiben: Die Partikel würden vom Schiff weggeschleudert – und erreichten dadurch, dass sich ihre Wellenlängen extrem verkürzen würden, unvorstellbare Energien. Das Gebiet vor dem Schiff würde einen „konzentrierten Strahl“ aus extrem hochenergetischen Partikeln und Gammastrahlung abbekommen. Jeder Mensch am Ziel der Reise würde weggeblasen. Wen es interessiert, hier ist der Link zum Fachbeitrag.

Damit sind die schlechten Nachrichten noch nicht zu Ende. Theoretisch hätte die freiwerdende Energie am Reiseziel keine Obergrenze, haben McMonigal und seine Kollegen berechnet. „Je länger man unterwegs ist, desto größer wird die Energie, die am Ende freigesetzt wird“, sagte McMonigal der Website „Universe Today“. „Das ist einer der seltsamen Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie.“ Dadurch wären schon kleine Ausflüge mit Warp-Antrieb kaum möglich – zumindest nicht, wenn man ein wenig Rücksicht auf seine Weltraum-Mitbewohner nehmen wollte. „Unglücklicherweise wäre selbst bei sehr kurzen Reisen die freigesetzte Energie so groß, dass alles vor einem Liegende vernichtet würde“, meint McMonigal.

Planetenexplosion

Allerdings hat diese Methode auch einen Vorteil. Dadurch, dass sich das Raumschiff nicht mit Lichtgeschwindigkeit oder schneller bewegt, kommt es auch nicht zu Zeit-Paradoxen. So tritt bei interstellaren Reisen auch keine Zeitdilatation auf. Über die allgemeinen Probleme bei Zeitreisen habe ich hier schon mal berichtet.

Das bedeutet allerdings nicht, dass sich wegen ein paar negativen Prognosen niemand mehr damit befassen würde, ganz im Gegenteil. Im September 2012 diskutierten Forscher auf einer Konferenz des 100-Year Starship projects neue Aspekte und Möglichkeiten für die Realisierung eines Warp-Antriebes. Dabei wurde die Einstufung der theoretischen Umsetzung eines Warp-Antriebs von „unrealistisch“ in „durchaus umsetzbar“ geändert. Grund dafür sind Berechnungen von Wissenschaftlern der NASA, die durch Modifikationen des ursprünglichen Konzeptionsentwurfs glauben, den benötigten Energiebedarf des Antriebs senken zu können. 2013 prämierte das American Institute of Aeronautics and Astronautics eine wissenschaftliche Publikation, die sich mit möglichen Theorien und Strategien einer zukünftigen Entwicklung eines Warp-Antriebes befasste. NASA Johnson Space Center und Dakota State University planen in einer Reihe von Experimenten mit einem White–Juday warp-field interferometer, einer Art Michelson-Morley-Interferometer Grundlegendes zu überprüfen.

Über stellariumblog

Stellariumblog ist ein Info-und Newslog. Ich versuche, die oftmals komplizierte und unübersichtliche Fülle an Informationen und Wissen verständlich zu erklären. Mein Ziel ist es, mit diesem Blog so viele Menschen wie möglich von der Astronomie zu begeistern. Natürlich versuche ich, täglich die wichtigsten News aus den Bereichen Astronomie, Astrophysik und vergleichbaren Wissenschaften zu bloggen, ich bin allerdings Berufstätig und habe leider nicht jeden Tag ein bis zwei Stunden Zeit – seid also bitte etwas nachsichtig falls ich nicht immer alles als erster poste ;) Ich freue mich immer über positive Bewertungen, aber auch über konstruktive Kritik sowie Vorschläge und/oder Hinweise auf mögliche Fehler (ich bin auch nur ein Mensch). Ansonsten wünsche ich euch viel Spaß in meinem Blog.
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