Cefram Cochrane
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In nur wenigen Tagen rauscht die "Enterprise" von einem
Sternsystem zum anderen, und durchmisst dabei Wegstrecken, für
die das Licht mehrere Jahre benötigen würde. Möglich
wurde dies (zumindest im Star Trek-Universum) durch den genialen
Zefram Cochrane, der den sogenannten Warp-Antrieb erfand.
Das Prinzip des Warp-Antriebes ist eine Verzerrung des
Raum-Zeit-Gefüges (to warp = verzerren) um das Raumschiff
herum.
Viele gestandene Physiker können jedoch heute über
diese Art der Fortbewegung nur milde lächeln. Für sie
gilt es seit der Ausarbeitung der Relativitätstheorie durch
Albert Einstein als erwiesen: Nichts und niemand kann schneller als
das Licht sein! Nach Einsteins Theorie, die inzwischen auch
vielfach experimentell überprüft wurde, ist die
Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km/s eine natürliche
Geschwindigkeitsbarriere. Je schneller ein Objekt wird, desto
größer wird auch seine Masse, und es wird immer mehr
Beschleunigungsenergie benötigt. In der Nähe der
Lichtgeschwindigkeit geht die Masse und damit auch die
benötigte Beschleunigungsenergie gegen einen unendlich
großen Wert.
Albert Einstein
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Und dennoch: 1994 entdeckte Miguel Alcubierre Moya an der
Universität von Wales ein Schlupfloch in Einsteins Theorie,
welches darauf beruht, dass man ein wenig schummelt. Es ist zwar
richtig, dass wir das Licht nicht überholen können, wenn
wir ihm ein faires Rennen liefern, aber wer sagt, dass man immer
fair sein muss. Wenn die Raum-Zeit verzerrt wird, könnten wir
den Weg abkürzen, und die Lichtsignale hätten das
Nachsehen. Eine solche Abkürzung liefert die von Moya
entdeckte Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen. Sie
beschreibt eine Raum-Zeit-Blase um das Raumschiff herum, die ein
Raumschiff mit beliebig hoher Geschwindigkeit transportiert, indem
sie die vor der Blase liegende Raum-Zeit verkürzt und hinter
der Blase ausdehnt. Dadurch wird die Entfernung bis zum Zielort vor
dem Raumschiff verringert, während sich gleichzeitig die
Entfernung vom Startpunkt hinter der Warpblase erhöht.
Der so konstruierte Warp-Antrieb unterscheidet sich jedoch in
einigen Punkten vom Warp-Antrieb der Enterprise. Captain Picards
Befehl "Energie" wäre wirkungslos, da sich die Warp-Blase
nicht vom Raumschiff aus beeinflussen läßt. Die
Besatzung wäre auf Hilfestellung von außen angewiesen.
Außerdem werden die Sterne nicht, wie aus vielen Star
Trek-Filmszenen bekannt, als langgezogene Streifen wahrgenommen,
sondern die Sterne vor dem Raumschiff rücken mit zunehmender
Geschwindigkeit immer näher zusammen und verfärben sich
ins Bläuliche.
Die "Enterprise im Warp-Flug"
Das alles sind doch schon erstaunlich konkrete Vorstellungen der
heutigen "Warp-Ingenieure". Werden wir also bald den ersten realen
Flug mit Warp-Geschwindigkeit erleben? Wohl eher nicht. Zur
Erzeugung der Warp-Blase werden gewaltige Mengen negativer Energie
benötigt. Negative Energie? Ja, es gibt sie tatsächlich.
Ihre Effekte wurden sogar schon im Labor nachgewiesen. Diese
äußerst seltsame Weniger-als-Nichts-Energie stellt man
sich am besten als geborgte Energie vor, ähnlich wie ein
überzogenes Konto auch sozusagen negatives Geld aufweist. Es
gibt sogar schon Vorstellungen, wie negative Energie zu erzeugen
wäre. Die Berechnungen der Wissenschaftler ergaben allerdings,
dass eine Warp-Blase mit einem Durchmesser von 200 Metern eine
negative Energiemenge benötigt, welche dem 10-Milliardenfachen
der Masse des bekannten Universums entspricht.
Tja, also doch kein Flug mit Warp-Geschwindigkeit? Trösten
wir uns mit den Worten Edit Keelers:
"Eines Tages werden wir in der Lage sein,
über unvorstellbare Energien zu verfügen...Energien, die
uns in Raumschiffen zu fremden Welten bringt. Der Mann, der dann
die tiefen Weiten des Alls erreicht, wird auch Wege finden, den
Millionen Hungernden seiner Welt zu helfen und sie von Krankheiten
zu heilen. Das sind die Tage, für die es sich zu leben
lohnt.
Bereite dich auf das Morgen vor!"
Edith Keeler in der Star Trek-Classsic-Episode "City on the Edge
of Forever" ("Griff in die Geschichte")
Sturek
(August 2000)
Quellen:
Star Trek, Fakten und Infos
L. H. Ford, T. A. Roman "Wurmlöcher und
Überlichtantriebe", Spektrum der Wissenschaft 3/2000
Nachtrag:
Warp - Neue Erkenntnisse
1999: Weniger als nichts
Als die Physiker Ford und Pfennig 1996 ihre für Sci-Fi-Enthusiasten ernüchternden Ergebnisse zu dem unvorstellbaren Energieverbrauch einer Warp-Blase nach dem Muster von Alcubierre veröffentlichten (s.oben), wollte Alcubierre nicht so schnell aufgeben. "Ford und Pfennig gehen von einem Raum aus, der zuvor nicht gekrümmt ist, und wir wissen noch zu wenig über die Quantengravitation. Vielleicht kann die ja helfen."
Und tatsächlich – die Berechnungen von Ford und Pfennig sollten nicht das letzte Wort in dieser Sache bleiben. Bereits 1999 konnte Chris van Den Broeck von der katholischen Universität Leuven zeigen, dass schon eine geringfügige Modifikation von Alcubierres Warp-Geometrie dazu führt, dass nur noch negative Energie benötigt wird, welche der "Kleinigkeit" von einigen Sonnenmassen entspricht. Ja in bestimmten Fällen genügen sogar nur wenige Grammäquivalente dieser merkwürdigen Weniger-als-nichts-Energie.
Diese Ergebnisse konnte van Den Broeck ereichen, indem er eine ebenso brilliante wie seltsame Idee in die Berechnung seiner Warp-Lösung einfließen ließ. Er beobachtete, dass die benötigte enorme Energiemenge zur Erzeugung der Warp-Blase nach Alcubierre von der verhältnismäßig großen Oberfläche bzw. dem Radius der Warp-Blase herrührte. Also kreierte er ein Modell der Warp-Blase mit einer verschwindend geringen äußeren Größe, kleiner als ein Atomkern, jedoch einem geräumigen Inneren, das Platz genug für die Enterprise bietet.
Dazu nutzte er eine Möglichkeit, die sich aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ergibt. In gekrümmten Räumen kann das innere Volumen einer Kugel vom Radius R viel größer als 4/3 Pi R^3 sein. Da unser Vorstellungsvermögen versagt, wenn gekrümmte Räume ins Spiel kommen, kann zur Illustration die Scheibenwelt herangezogen werden. Betrachten wir eine Scheibe, die durch einen mikroskopisch kleinen Tunnel mit einer großen Blase verbunden ist. Der Tunnel hätte für Scheibenweltler nur einen winzigen Durchmesser. Dennoch könnten sie ohne die Oberfläche zu verlassen, in das gewaltige Innere der Blase gelangen.
Allerdings gibt es auch mit diesem Warp-Modell bedeutende Probleme. Vielleicht das wichtigste: Van Den Broeck: ": ...es ist unklar, wie das Raumschiff - ähnlich wie ein Schiffsmodell in eine Flasche - in die Warp-Blase zu kriegen ist."
Quellen:
"The Micro-Warp-Drive" (van Den Broeck, 02.04.1999)
März 2002: Neuer Rückschlag
Der portugiesische Forscher Natario Miguel vom Instituto Superior Tecnico bewies mit seinen Berechnungen, dass Alcubierres Warp-Modell nicht funktioniert. Abgesehen vom Energieproblem (s. oben) halten schon die theoretischen Grundlagen Alcubierres einer ernsthaften Prüfung nicht stand. Er ließ eine virtuelle Blase durch den virtuellen Raum schießen und versuchte festzustellen, ob sich der Warp-Effekt, selbst wenn alle Voraussetzungen Alcubierres zuträfen, einstellen würde. Er tat es nicht! Abgesehen davon könne man nach Miguel nicht von einer Konstanz der erzeugten Raum-Zeit ausgehen.
Quellen:
"Theoretisch unmöglich" von Thorsten Stegemann, Heise.de
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