Ist "Warp Drive" von Star Trek möglich?

Eines der wichtigsten Plotgeräte in fast jedem "Star Trek"Episode und Film ist die Fähigkeit von Raumschiffen, mit Lichtgeschwindigkeit und darüber hinaus zu reisen. Dies geschieht dank eines Antriebssystems, das als bekannt ist Warpantrieb. Es klingt "Science-Fiction" und es ist - Warp-Antrieb existiert eigentlich nicht. Theoretisch könnte jedoch eine Version dieses Antriebssystems aus der Idee heraus erstellt werden - vorausgesetzt, genügend Zeit, Geld und Material vorhanden sind.

Vielleicht ist der Hauptgrund, warum ein Warp-Antrieb möglich zu sein scheint, dass er noch nicht widerlegt wurde. Es kann also Hoffnung auf eine Zukunft mit FTL geben (schneller als das Licht) reisen, aber nicht in Kürze.

In der Science-Fiction ermöglicht der Warp-Antrieb Schiffen, sich durch den Weltraum zu bewegen, indem sie sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Dies ist ein wichtiges Detail, da die Lichtgeschwindigkeit das kosmische Tempolimit ist - das ultimative Verkehrsgesetz und die Barriere des Universums.

Soweit wir wissen, kann sich nichts schneller bewegen als Licht. Nach Einsteins RelativitätstheorienEs braucht unendlich viel Energie, um ein Objekt mit Masse auf das zu beschleunigen Lichtgeschwindigkeit. (Der Grund, warum das Licht selbst von dieser Tatsache nicht betroffen ist, ist, dass Photonen - die Lichtteilchen - keine Masse haben.) Infolgedessen scheint es einfach zu sein, dass ein Raumfahrzeug mit Lichtgeschwindigkeit fährt (oder diese überschreitet) unmöglich.

Es gibt jedoch zwei Lücken. Zum einen scheint es kein Verbot zu geben, so nah wie möglich an der Lichtgeschwindigkeit zu reisen. Das zweite ist, dass wir, wenn wir über die Unmöglichkeit sprechen, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, typischerweise über den Antrieb von Objekten sprechen. Das Konzept des Warpantriebs basiert jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich auf den Schiffen oder Objekten selbst, die mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, wie weiter unten erläutert wird.

Wurmlöcher sind oft Teil des Gesprächs über die Raumfahrt durch das Universum. Reisen Sie jedoch über Wurmlöcher würde sich deutlich von der Verwendung von Warp-Laufwerk unterscheiden. Während sich der Warpantrieb mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt, sind Wurmlöcher theoretische Strukturen, die es Raumschiffen ermöglichen, durch Tunneln durch den Hyperraum von einem Punkt zum anderen zu gelangen. Tatsächlich würden sie Schiffe eine Abkürzung nehmen lassen, da sie technisch an die normale Raumzeit gebunden bleiben.

Ein positives Nebenprodukt davon ist, dass das Raumschiff unerwünschte Effekte wie Zeitdilatation und Reaktionen auf massive Beschleunigung des menschlichen Körpers vermeiden kann.

Unser derzeitiges Verständnis der Physik und der Art und Weise, wie sich Licht bewegt, schließt Objekte aus, eine Geschwindigkeit zu erreichen, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, schließt jedoch die Möglichkeit von nicht aus Raum selbst Reisen mit oder über diese Geschwindigkeit hinaus. Tatsächlich behaupten einige Leute, die das Problem untersucht haben, dass sich die Raumzeit im frühen Universum mit überluminaler Geschwindigkeit ausdehnte, wenn auch nur für ein sehr kurzes Intervall.

Wenn sich diese Hypothesen als wahr erweisen, könnte ein Warp-Antrieb diese Lücke ausnutzen und das Problem der Antrieb von Objekten und stattdessen Aufgabe von Wissenschaftlern, die enorme Energie zu erzeugen, die für die Bewegung benötigt wird Freizeit.

Wenn Wissenschaftler diesen Ansatz wählen, kann man sich den Warp-Antrieb folgendermaßen vorstellen: Ein Warp-Antrieb erzeugt die immense Energiemenge das kontrahiert den Raum vor dem Raumschiff und erweitert gleichzeitig die Raumzeit im Heck, wodurch letztendlich eine Verzerrung entsteht Blase. Dies würde dazu führen, dass die Raumzeit durch die Blase kaskadiert - das Schiff bleibt in seiner Umgebung stationär, während der Warp bei überluminalem Fortschreiten zu einem neuen Ziel fortschreitet.

Im späten 20. Jahrhundert bewies der mexikanische Wissenschaftler Miguel Alcubierre, dass der Warp-Antrieb tatsächlich mit den Gesetzen des Universums vereinbar war. Motiviert durch seine Faszination für Gene Roddenberrys revolutionären Handlungsfahrer, Alcubierres Raumschiff Design - bekannt als Alcubierre Drive - reitet auf einer "Welle" der Raumzeit, ähnlich wie ein Surfer eine Welle auf dem Ozean.

Trotz Alcubierres Beweis und der Tatsache, dass unser derzeitiges theoretisches Verständnis nichts enthält Physik, die die Entwicklung eines Warp-Antriebs verbietet, ist die Idee als Ganzes immer noch im Bereich von Spekulation. Unsere derzeitige Technologie ist noch nicht ganz da, und obwohl die Menschen daran arbeiten, dieses gewaltige Kunststück der Raumfahrt zu erreichen, müssen noch viele Probleme gelöst werden.

Die Erzeugung und Bewegung einer Warp-Blase erfordert, dass der Raum davor vernichtet wird, während der Raum hinten schnell wachsen muss. Dieser vernichtete Raum wird als negative Masse oder negative Energie bezeichnet, eine hoch theoretische Art von Materie, die noch nicht "gefunden" wurde.

Trotzdem haben uns drei Theorien der Realität der negativen Masse näher gebracht. Der Casimir-Effekt zeigt beispielsweise einen Aufbau, bei dem zwei parallele Spiegel im Vakuum positioniert sind. Wenn sie extrem nahe beieinander bewegt werden, scheint die Energie zwischen ihnen geringer zu sein als die Energie um sie herum, wodurch negative Energie erzeugt wird, wenn auch nur in winzigen Mengen.

Im Jahr 2016 haben Wissenschaftler am LIGO (dem Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium) bewiesen, dass sich die Raumzeit in Gegenwart enormer Gravitationsfelder "verziehen" und verbiegen kann.

Ab 2018 verwendeten Wissenschaftler der Universität von Rochester Laser, um eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer negativen Masse aufzuzeigen.

Obwohl diese Entdeckungen die Menschheit einem funktionierenden Warp-Antrieb näher bringen, sind diese winzigen Mengen an negativer Masse weit entfernt von der Größe der negativen Energiedichte, die benötigt würde, um das 200-fache der FTL zurückzulegen (die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um in einer angemessenen Menge zum nächsten Stern zu gelangen Zeit).

Mit dem Design von Alcubierre im Jahr 1994 und anderen schien es, dass die schiere Menge an Energie, die erforderlich ist, um das zu schaffen Die notwendige Ausdehnung und Kontraktion der Raumzeit würde die Sonnenleistung während ihrer 10 Milliarden Jahre übersteigen Lebensdauer. Weitere Forschungen konnten jedoch die Menge an negativer Energie, die benötigt wird, auf die eines Gasriesenplaneten senken, was zwar eine Verbesserung darstellt, aber immer noch eine Herausforderung darstellt.

Eine Theorie, um dieses Hindernis zu lösen, besteht darin, die enorme Menge an Energie zu extrahieren, die daraus erzeugt wird Materie-Antimaterie Vernichtung - Explosionen derselben Teilchen mit entgegengesetzten Ladungen - und Verwendung im "Warpkern" des Schiffes.

Selbst wenn es Wissenschaftlern gelingt, die Raumzeit um ein bestimmtes Raumschiff zu biegen, würde dies nur zu weiteren Fragen bezüglich der Raumfahrt führen.

Wissenschaftler vermuten, dass eine Warp-Blase zusammen mit interstellaren Reisen möglicherweise eine große Anzahl von Partikeln sammeln würde, die bei ihrer Ankunft massive Explosionen verursachen könnten. Andere mögliche Probleme, die damit verbunden sind, sind die Frage, wie die gesamte Warp-Blase navigiert werden soll und wie Reisende mit der Erde kommunizieren würden.

Technisch gesehen sind wir noch weit von Warp-Antrieb und interstellarem Reisen entfernt, aber mit der Weiterentwicklung der Technologie und dem Vorstoß zur Innovation sind die Antworten näher als je zuvor. Menschen wie Elon Musk und Jeff Bezos, die uns zu einer weltraumtauglichen Zivilisation machen wollen, sind die Stimuli, die benötigt werden, um den Code des Warp-Antriebs zu knacken. Zum ersten Mal seit Jahrzehnten gibt es eine Rock'n'Roll-ähnliche Aufregung über die Raumfahrt, und diese Art von Begeisterung ist ein weiteres wesentliches Element bei der Suche nach dem Universum.