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Faster-than-Light-Reisen (FTL) sind ein Grundnahrungsmittel für Science-Fiction und interstellares Reisen. Natürlich wäre diese Technologie für uns in der realen Welt unglaublich nützlich, und obwohl Warp-Motoren – oder Warp-Antriebe – als theoretisch möglich angesehen wurden, handelt es sich normalerweise um exotische Physik, die außerhalb unserer Reichweite liegt. Jetzt hat der Astrophysiker Erik Lentz ein neues theoretisches Design entworfen, das es ermöglichen würde, mit konventioneller Physik mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen.

Der neue theoretische Warp-Motor bringt uns näher an das Fahren mit Lichtgeschwindigkeit heran

Der Schub dieses Motors würde es einem Raumfahrzeug ermöglichen, mit einer Geschwindigkeit angetrieben zu werden, die dem Mehrfachen der Lichtgeschwindigkeit entspricht, während die mit der relativistischen Zeitdilatation verbundenen Probleme vermieden werden. Diese Art des Antriebs basiert auf dem Biegen oder Verzerren der Raumzeit, so dass sich das Schiff dem Zielpunkt nähern kann.

Das Problem ist, dass es nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie physikalisch unmöglich ist, dass sich etwas schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Dies liegt daran, dass sich ein Objekt schneller bewegt und seine Masse zunimmt. Wenn Sie also die Lichtgeschwindigkeit erreichen, nähert sich diese Masse der Unendlichkeit. Darüber hinaus würde es unendlich viel Energie erfordern, um auf diese Geschwindigkeit zu beschleunigen.

Aber vielleicht gibt es einige Lücken. 1994 entwarf der mexikanische theoretische Physiker Miguel Alcubierre einen Entwurf für einen Kettmotor, der theoretisch ermöglichen könnte, dass sich etwas schneller als Licht bewegt, ohne gegen physikalische Gesetze zu verstoßen. Die Idee ist, eine Blase negativer Energie um ein Objekt herum zu erzeugen, so dass sich die Raum-Zeit-Struktur vor dem Objekt zusammenzieht und sich der Raum dahinter ausdehnt. In der Mitte befindet sich eine „flache“ Raum-Zeit-Region, in der sich das Objekt bequem bewegen kann und die Insassen nicht einmal das Gefühl haben, sich zu bewegen.

Der neue theoretische Warp-Motor bringt uns näher an das Fahren mit Lichtgeschwindigkeit heran
Eine Alcubierre-Warp-Antriebsblase, die eine räumliche Kompression vor der Blase und eine räumliche Ausdehnung dahinter zeigt.

Natürlich hatte diese Alcubierre-Warp-Einheit ihre eigenen Probleme. Es ist alles sehr gut, beiläufig über die Erzeugung einer Blase negativer Energie zu sprechen, aber dies würde exotische Formen von Materie erfordern, die nicht genau verfügbar sind – wenn sie überhaupt existieren.

Keine negative Energie oder zeitliches Paradoxon

Die Lösung dieses Problems war das Ziel des neuen Artikels. Der  Astrophysiker der Universität Göttingen, Erik Lentz, schlägt einen Weg vor, eine dieser „Warp-Blasen“ aus positiven Energiequellen zu erzeugen.

Während der Untersuchung früherer Warp-Impuls-Vorschläge stellte Lentz fest, dass bestimmte Konfigurationen von Raum-Zeit-Blasen übersehen worden waren. Diese Blasen hatten die Form von  Solitonen, kompakten Wellen, die sich mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegen, ohne ihre Form zu verlieren. Solitonen werden unter bestimmten Umständen in Wellen im Wasser, atmosphärischen Bewegungen, die seltsame Wolkenformationen erzeugen, oder Licht, das durch verschiedene Medien wandert, gesehen. In diesem Fall breiten sich die Solitonen durch die Raumzeit selbst aus.

Lentz entdeckte, dass bestimmte Solitonenkonfigurationen unter Verwendung herkömmlicher Energiequellen gebildet werden können, ohne eine der Einsteinschen Gleichungen zu verletzen und ohne eine negative Energiedichte zu erfordern.

Der neue theoretische Warp-Motor bringt uns näher an das Fahren mit Lichtgeschwindigkeit heran
Eine Illustration der Formen verschiedener Kettblasen, die verschiedene Raumschiffdesigns umhüllen könnten. 
Bildnachweis: E. Lentz.

In einer weiteren interessanten Wendung würde der Lauf der Zeit für jeden Reisenden erhalten bleiben. Normalerweise würde man denken, dass Objekte, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, im Vergleich zur Außenwelt viel langsamer altern. Wie ein altes Gedankenexperiment nahe legt, scheint ein Zwilling, der mit Lichtgeschwindigkeit in ein Raumschiff fährt, viel jünger zu sein als sein Zwilling, der auf der Erde geblieben ist.

Das neue Konzept überwindet dieses potenzielle Paradoxon: Da im Zentrum des Solitons nur minimale Gezeitenkräfte vorhanden sind, würde die Zeit sowohl innerhalb als auch außerhalb der Warp-Blase mit der gleichen Geschwindigkeit vergehen.

Um sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen zu können, ist eine enorme Energiemenge erforderlich

Während eine Warping-Einheit mit herkömmlichen Stromquellen ein Durchbruch sein könnte, hat die neue Soliton-Methode natürlich ihre eigenen Rückschläge. Es würde immer noch eine absolut enorme Menge an Energie erfordern, die derzeit einfach nicht realisierbar ist, aber es kann immer noch Hoffnung geben.

Das Bild zeigt, wie lange es dauern würde, bis verschiedene Arten von Raumfahrzeugen von unserem Sonnensystem nach Proxima Centauri (dem nächstgelegenen bekannten Stern) gelangen. 
Derzeit besteht die einzige Möglichkeit darin, eine chemische Rakete zu verwenden, was eine Reisezeit von mehr als 50.000 Jahren bedeutet. 
Bildnachweis: E. Lentz.

„Die Energieeinsparungen müssten drastisch sein, etwa 30 Größenordnungen, um im Bereich moderner Kernspaltungsreaktoren zu liegen“, sagt Lentz. „Glücklicherweise haben frühere Forschungen mehrere Energiesparmechanismen vorgeschlagen, mit denen der Energiebedarf möglicherweise um fast 60 Größenordnungen reduziert werden kann.“

Ihre Untersuchung wird Lentz ‚Priorität in der zukünftigen Arbeit sein. So faszinierend es auch klingen mag, erwarten Sie nicht, bald in einem Rennen mit dem Enterprise-Raumschiff zu sein. Die Studie bleibt in erster Linie theoretisch.

„Diese Arbeit hat das Problem der Reise, die schneller als Licht ist, von der theoretischen Forschung in der Grundlagenphysik weg und näher an die Technik gebracht“, sagt Lentz. ‚Der nächste Schritt besteht darin, herauszufinden, wie der astronomische Energiebedarf im Rahmen der aktuellen Technologien wie einem großen modernen Kernspaltungskraftwerk reduziert werden kann. Dann können wir über den Bau der ersten Prototypen sprechen.

Weitere solche Artikel finden Sie in unserer Wissenschaftsabteilung

Die Forschung wurde in der Zeitschrift  Classical and Quantum Gravity veröffentlicht  .

Quelle:  Neuer Atlas


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