(kirstypargeter/iStock) Es ist schwer, in einem relativistischen Universum zu leben, in dem selbst die nächsten Sterne so weit entfernt sind und die Lichtgeschwindigkeit absolut ist. Kein Wunder also, dass Science-Fiction-Franchises routinemäßig FTL (Schneller als Licht) als Handlungsinstrument einsetzen.
Drücken Sie einen Knopf, drücken Sie ein Blütenblatt, und dieses schicke Antriebssystem – dessen Funktionsweise niemand erklären kann – schickt uns an einen anderen Ort in der Raumzeit.
In den letzten Jahren ist die wissenschaftliche Gemeinschaft jedoch verständlicherweise aufgeregt und skeptisch gegenüber Behauptungen geworden, dass ein bestimmtes Konzept – das Alcubierre Warp-Antrieb – könnte tatsächlich machbar sein.
Dies war Gegenstand eines Präsentation in diesem Jahr gemacht Antriebs- und Energieforum des American Institute of Aeronautics and Astronautics , die vom 19. bis 22. August in Indianapolis stattfand.
Diese Präsentation wurde von Joseph Agnew geleitet – einem Bachelor-Ingenieur und wissenschaftlichen Mitarbeiter der University of Alabama im Propulsion Research Center von Huntsville (VR China).
Im Rahmen einer Sitzung mit dem Titel „Die Zukunft der Kernenergie und bahnbrechender Antriebe“ teilte Agnew die Ergebnisse einer von ihm durchgeführten Studie mit dem Titel „ Eine Untersuchung der Warp-Theorie und -Technologie zur Bestimmung des Stands der Technik und der Machbarkeit '.
Wie Agnew vor überfülltem Haus erklärte, ist die Theorie hinter einem Warp-Antriebssystem relativ einfach.
Ursprünglich vom mexikanischen Physiker Miguel Alcubierre im Jahr 1994 vorgeschlagen, wird dieses Konzept für ein FTL-System von Menschen als eine höchst theoretische (aber möglicherweise gültige) Lösung des Problems angesehen Einstein-Feldgleichungen , die beschreiben, wie Raum, Zeit und Energie in unserem Universum interagieren.
Laienhaft ausgedrückt erreicht der Alcubierre-Antrieb eine FTL-Reise, indem er das Raum-Zeit-Gefüge in einer Welle ausdehnt, wodurch sich der Raum vor ihm zusammenzieht, während sich der Raum dahinter ausdehnt.
Theoretisch wäre ein Raumschiff innerhalb dieser Welle in der Lage, auf dieser „Warp-Blase“ zu reiten und Geschwindigkeiten jenseits der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen. Dies ist die sogenannte „Alcubierre-Metrik“.
Interpretiert im Kontext von Generelle Relativität , würde das Innere dieser Warp-Blase den Trägheitsbezugsrahmen für alles darin bilden. Aus dem gleichen Grund können solche Blasen in einem zuvor flachen Bereich der Raumzeit entstehen und die Lichtgeschwindigkeit überschreiten.
Da sich das Schiff nicht durch die Raumzeit bewegt (sondern die Raumzeit selbst bewegt), würden herkömmliche relativistische Effekte (wie Zeitdilatation) nicht zur Anwendung kommen.
Kurz gesagt, die Alcubierre-Metrik ermöglicht eine FTL-Reise, ohne die Relativitätsgesetze im herkömmlichen Sinne zu verletzen. Wie Agnew Universe Today per E-Mail mitteilte, wurde er bereits in der High School von diesem Konzept inspiriert und verfolgt es seitdem:
„Ich beschäftigte mich mehr mit Mathematik und Naturwissenschaften und begann mich infolgedessen für Science-Fiction und fortgeschrittene Theorien auf einer eher technischen Ebene zu interessieren. Ich fing an, Star Trek, die Originalserie und The Next Generation anzuschauen, und bemerkte, wie sie die Erfindung von Mobiltelefonen, Tablets und anderen Annehmlichkeiten vorhergesagt oder inspiriert hatten.
Ich dachte über einige der anderen Technologien nach, wie etwa Photonentorpedos, Phaser und Warpantrieb, und versuchte zu recherchieren, was die „Star Trek-Wissenschaft“ und das „reale wissenschaftliche Äquivalent“ dazu zu sagen hatten. Dann stieß ich zufällig auf den Originalaufsatz von Miguel Alcubierre, und nachdem ich ihn eine Weile verdaut hatte, fing ich an, andere Schlüsselwörter und Aufsätze zu verfolgen und tiefer in die Theorie einzusteigen.“
Während das Konzept allgemein als völlig theoretisch und höchst spekulativ abgetan wurde, wurde ihm in den letzten Jahren neues Leben eingehaucht. Der Verdienst dafür gebührt vor allem Harold „Sonny“ White, dem Leiter des Advanced Propulsion Teams am Johnson Space Center der NASA Labor für fortgeschrittene Antriebsphysik (auch bekannt als „Eagleworks Laboratory“).
Während der 100-jähriges Raumschiff-Symposium Im Jahr 2011 stellte White einige aktualisierte Berechnungen der Alcubierre-Metrik vor, die Gegenstand einer Präsentation mit dem Titel „ Warpfeldmechanik 101 ' (und eine gleichnamige Studie).
Laut White war Alcubierres Theorie fundiert, bedurfte jedoch einiger ernsthafter Tests und Weiterentwicklungen. Seitdem erledigen er und seine Kollegen genau diese Dinge im Eagleworks Lab.
In ähnlicher Weise hat Agnew einen Großteil seiner akademischen Laufbahn damit verbracht, die Theorie und Mechanik hinter der Warp-Mechanik zu erforschen. Unter der Leitung von Jason Cassibry – einem außerordentlichen Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik und Fakultätsmitglied des Propulsion Research Center der UAH – gipfelte Agnews Arbeit in einer Studie, die sich mit den größten Hürden und Chancen der Warp-Mechanik-Forschung befasst.
Wie Agnew berichtete, ist einer der größten Gründe die Tatsache, dass das Konzept des „Warp-Antriebs“ in wissenschaftlichen Kreisen immer noch nicht sehr ernst genommen wird:
„Meiner Erfahrung nach löst die Erwähnung des Warp-Antriebs oft ein Lachen aus, weil er so theoretisch ist und direkt aus der Science-Fiction stammt. Tatsächlich wird es oft mit abfälligen Bemerkungen beantwortet und als Beispiel für etwas völlig Ausgefallenes, das verständlich ist, verwendet.
Ich weiß, dass ich es in meinem eigenen Fall ursprünglich gedanklich in die gleiche Kategorie wie typische Superluminalkonzepte eingeordnet hatte, da sie offensichtlich alle gegen die Annahme „Lichtgeschwindigkeit ist die ultimative Geschwindigkeit“ verstoßen.
Erst als ich mich genauer mit der Theorie befasste, wurde mir klar, dass es diese Probleme nicht gab. Ich denke, dass es viel mehr Interesse geben würde/wird, wenn sich Einzelpersonen mit den erzielten Fortschritten befassen würden. Auch der historisch-theoretische Charakter der Idee dürfte an sich abschreckend sein, da es viel schwieriger ist, wesentliche Fortschritte zu erkennen, wenn man sich Gleichungen anstelle quantitativer Ergebnisse ansieht.“
Auch wenn das Gebiet noch in den Kinderschuhen steckt, gab es in jüngster Zeit eine Reihe von Entwicklungen, die hilfreich waren. Zum Beispiel die Entdeckung natürlich vorkommender Gravitationswellen (GWSs) von LIGO-Wissenschaftler im Jahr 2016 , was sowohl eine Vorhersage Einsteins vor einem Jahrhundert bestätigte als auch bewies, dass die Grundlage für den Warp-Antrieb in der Natur liegt.
Wie Agnew andeutete, ist dies vielleicht die bedeutendste Entwicklung, aber nicht die einzige:
„In den vergangenen fünf bis zehn Jahren hat es große Fortschritte gegeben, etwa bei der Vorhersage der erwarteten Auswirkungen des Triebs, der Bestimmung, wie man ihn umsetzen könnte, der Stärkung grundlegender Annahmen und Konzepte und meiner persönlichen Entwicklung.“ Lieblingsmethoden, um die Theorie in einem Labor zu testen.
Die LIGO-Entdeckung vor ein paar Jahren war meiner Meinung nach ein großer Fortschritt in der Wissenschaft, da sie experimentell bewies, dass sich die Raumzeit in Gegenwart enormer Gravitationsfelder „krümmen“ und krümmen kann, und dies breitet sich über die gesamte Raumzeit aus das Universum auf eine Weise, die wir messen können. Früher war man sich einig, dass dies dank Einstein wahrscheinlich der Fall war, aber jetzt wissen wir es mit Sicherheit.“
Da das System auf der Expansion und Kompression der Raumzeit beruht, so Agnew, zeige diese Entdeckung, dass einige dieser Effekte auf natürliche Weise auftreten.
„Da wir nun wissen, dass der Effekt real ist, lautet die nächste Frage meiner Meinung nach: ‚Wie untersuchen wir ihn und können wir ihn selbst im Labor erzeugen?‘“, fügte er hinzu. „Natürlich wäre so etwas ein enormer Zeit- und Ressourcenaufwand, würde aber enorme Vorteile bringen.“
Natürlich erfordert das Warp-Drive-Konzept zusätzliche Unterstützung und zahlreiche Fortschritte, bevor experimentelle Forschung möglich sein wird. Dazu gehören Fortschritte im theoretischen Rahmen sowie technologische Fortschritte.
Wenn diese als „kleine“ Probleme behandelt werden und nicht als eine große Herausforderung, so Agnew, dann werden mit Sicherheit Fortschritte erzielt:
„Im Wesentlichen wird für einen Warp-Antrieb eine Möglichkeit benötigt, die Raumzeit nach Belieben und auf lokale Weise auszudehnen und zusammenzuziehen, beispielsweise um ein kleines Objekt oder ein Schiff herum.“ Wir wissen mit Sicherheit, dass sehr hohe Energiedichten, beispielsweise in Form von EM-Feldern oder Masse, eine Krümmung der Raumzeit verursachen können. Bei unserer aktuellen Analyse des Problems sind hierfür jedoch enorme Beträge erforderlich.
Auf der anderen Seite sollten die technischen Bereiche versuchen, die Ausrüstung und den Prozess so weit wie möglich zu verfeinern, um diese hohen Energiedichten plausibler zu machen. Ich glaube, dass die Chance besteht, dass der Effekt, sobald er im Labormaßstab dupliziert werden kann, zu einem viel tieferen Verständnis der Funktionsweise der Schwerkraft führt und möglicherweise die Tür zu einigen noch unentdeckten Theorien oder Schlupflöchern öffnet.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die größte Hürde die Energie ist, und damit einhergehend auch technologische Hürden, da größere EM-Felder, empfindlichere Geräte usw. erforderlich sind.“
Die schiere Menge an positiver und negativer Energie, die zur Erzeugung einer Warp-Blase erforderlich ist, bleibt die größte Herausforderung im Zusammenhang mit Alcubierres Konzept. Derzeit glauben Wissenschaftler, dass die einzige Möglichkeit, die zur Erzeugung der Blase erforderliche negative Energiedichte aufrechtzuerhalten, in der Verwendung exotischer Materie besteht. Wissenschaftler schätzen außerdem, dass der Gesamtenergiebedarf der Masse von entspricht Jupiter .
Dies stellt jedoch einen erheblichen Rückgang gegenüber früheren Energieschätzungen dar, die davon ausgegangen waren, dass dafür eine Energiemasse erforderlich wäre, die der des gesamten Universums entspricht. Dennoch ist eine Menge exotischer Materie in der Größe eines Jupiter immer noch unerschwinglich groß. In dieser Hinsicht müssen noch erhebliche Fortschritte erzielt werden, um den Energiebedarf auf ein realistischeres Maß zu reduzieren.
Der einzig absehbare Weg, dies zu erreichen, seien weitere Fortschritte in der Quantenphysik, Quantenmechanik und Metamaterialien, sagt Agnew. Was die technische Seite betrifft, müssen weitere Fortschritte bei der Entwicklung von Supraleitern, Interferometern und magnetischen Generatoren erzielt werden. Und natürlich gibt es noch die Frage der Finanzierung, die immer eine Herausforderung darstellt, wenn es um Konzepte geht, die als „da draußen“ gelten.
Aber wie Agnew feststellt, ist das keine unüberwindbare Herausforderung. Angesichts der bisherigen Fortschritte gibt es Grund, positiv in die Zukunft zu blicken:
„Die Theorie hat bisher gezeigt, dass es sich lohnt, sie weiterzuverfolgen, und es ist jetzt einfacher als je zuvor, Beweise dafür zu liefern, dass sie legitim ist.“ Was die Begründungen für die Zuweisung von Ressourcen angeht, ist es nicht schwer zu erkennen, dass die Fähigkeit, über unser Sonnensystem und sogar über unsere Galaxie hinaus zu erforschen, einen enormen Sprung für die Menschheit bedeuten würde. Und das technologische Wachstum, das aus der Ausweitung der Forschungsgrenzen resultiert, wäre sicherlich von Vorteil.“
Wie Avionik, Nuklearforschung, Weltraumforschung, Elektroautos und wiederverwendbare Raketentriebwerke scheint der Alcubierre Warp Drive dazu bestimmt zu sein, eines dieser Konzepte zu sein, die sich bergauf kämpfen müssen. Aber wenn diese anderen historischen Fälle Anzeichen dafür sind, könnte es irgendwann einen Punkt erreichen, an dem es kein Zurück mehr gibt, und plötzlich völlig möglich erscheinen!
Und angesichts unserer wachsenden Beschäftigung mit Exoplaneten (einem weiteren explodierenden Bereich der Astronomie) gibt es keinen Mangel an Menschen, die hoffen, Missionen zu nahegelegenen Sternen zu schicken, um nach potenziell bewohnbaren Planeten zu suchen. Und wie die oben genannten Beispiele sicherlich zeigen, genügt manchmal ein guter Anstoß, um den Stein ins Rollen zu bringen …
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .