Das neue Warp-Antriebskonzept verzerrt den Raum und bewegt uns nicht sehr schnell

Ein Team von Physikern hat herausgefunden, dass es möglich ist, eine echte Warp-Engine zu bauen, ohne bekannte Regeln der Physik zu brechen. Eine Einschränkung: Ein Warp-Action-Schiff kann die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten, daher wird es in absehbarer Zeit nichts Interessantes werden. Dennoch stellt diese Forschung einen wichtigen Fortschritt in unserem Verständnis der Schwerkraft dar.

Bewegen ohne sich zu bewegen

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist ein Werkzeugkasten zur Lösung von Problemen im Zusammenhang mit der Schwerkraft, der Masse und Energie mit Verzerrungen in der Raumzeit in Beziehung setzt. Diese Raum-Zeit-Verzerrungen wiederum sagen Masse und Energie, wie sie sich bewegen sollen. In fast allen Fällen verwenden Physiker die Relativitätsgleichungen, um herauszufinden, wie sich eine bestimmte Gruppe von Objekten bewegt. Sie haben einige physikalische Szenarien, etwa einen Planeten, der einen Stern umkreist, oder die Kollision zweier Schwarzer Löcher, und fragen sich, wie diese Objekte die Raumzeit verzerren und wie die anschließende Entwicklung des Systems aussehen muss.

Es ist aber auch möglich, Einsteins Berechnungen umgekehrt durchzuführen, indem man sich eine gewünschte Bewegung vorstellt und fragt, welche Art von Verzerrung der Raumzeit diese ermöglichen würde. Auf diese Weise entdeckte der mexikanische Physiker Miguel Alcubierre die physikalischen Grundlagen des Warp-Antriebs, einem seit langem bestehenden Grundbestandteil der Physik. Star Trek Kommerzielles Franchise.

Das Ziel eines Warp-Antriebs besteht darin, zwischen Werbeunterbrechungen von A nach B zu gelangen, was normalerweise eine Bewegung mit Überlichtgeschwindigkeit erfordert. Aber die spezielle Relativitätstheorie verbietet ausdrücklich Geschwindigkeiten, die schneller als das Licht sind. Das störte das Buch zwar nicht Star TrekEs machte Alcubierre wütend. Er entdeckte, dass es möglich war, durch geschickte Manipulation der Raumzeit einen Warpantrieb zu konstruieren und ihn so anzuordnen, dass der Raum vor dem Schiff gelöscht und der Raum hinter dem Schiff vergrößert wurde. Dadurch entsteht Bewegung ohne Bewegung im engeren Sinne des Wortes.

Es mag wie ein Widerspruch erscheinen, aber es ist nur einer der vielen faszinierenden Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie. Der Alcubierre-Warpantrieb vermeidet Überschreitungen der Lichtgeschwindigkeitsgrenze, da er sich nie bewegt während Raum; Stattdessen wird im Wesentlichen der Weltraum selbst manipuliert, um das Raumschiff näher an sein Ziel zu bringen.

Obwohl es rätselhaft war, wies Alcubierres Entwurf einen fatalen Fehler auf. Um die notwendigen Raum-Zeit-Verzerrungen zu erzeugen, muss das Raumschiff irgendeine Form exotischer Materie enthalten, bei der es sich typischerweise um Materie mit negativer Masse handelt. Die negative Masse steht vor einigen konzeptionellen Problemen, die unser Verständnis der Physik in Frage zu stellen scheinen, beispielsweise der Möglichkeit, dass ein Ball mit einem Gewicht von minus 5 Kilogramm rückwärts fliegen würde, wenn man ihn mit dem Fuß kickt, was gegen das Prinzip der Impulserhaltung verstößt. Darüber hinaus hat noch nie jemand im realen Universum die Existenz eines Objekts mit negativer Masse gesehen.

Diese Probleme mit der negativen Masse haben Physiker dazu veranlasst, verschiedene Versionen von „Energiebedingungen“ als Ergänzungen zur Allgemeinen Relativitätstheorie vorzuschlagen. Diese sind nicht in die Relativitätstheorie selbst eingebaut, es sind jedoch Ergänzungen erforderlich, da die allgemeine Relativitätstheorie Dinge wie negative Massen zulässt, die in unserem Universum scheinbar nicht zu existieren scheinen, und diese Energiebedingungen sie aus den Gleichungen der Relativitätstheorie heraushalten. Es ist die Reaktion der Wissenschaftler auf die besorgniserregende Tatsache, dass Vanilla GR Dinge wie superleichte Bewegung ermöglicht, aber der Rest des Universums scheint damit nicht einverstanden zu sein.

Der Warp-Faktor ist Null

Die Energiebedingungen wurden weder experimentell noch durch Beobachtungen nachgewiesen, aber es handelt sich um Daten, die mit allen Beobachtungen des Universums übereinstimmen, weshalb die meisten Physiker sie ernst nehmen. Bis vor Kurzem betrachteten die Physiker diese Energieverhältnisse als eine hundertprozentige Klarstellung, dass man keinen Warp-Antrieb bauen könnte, selbst wenn man es wirklich wollte.

Doch es gibt einen Ausweg, den ein internationales Physikerteam unter der Leitung von Jared Fox an der University of Alabama in Huntsville entdeckt hat. (Das Team ist außerdem mit dem Applied Physics Propulsion Laboratory verbunden, einem virtuellen Forschungszentrum, das sich unter anderem der Erforschung von Warpantrieben widmet.) In einem Artikel, der zur Veröffentlichung in der Zeitschrift angenommen wurde Klassische und Quantengravitationhaben sich die Forscher mit der Relativitätstheorie beschäftigt, um herauszufinden, ob irgendeine Version des Torsionsantriebs funktionieren könnte.

Die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie sind sehr schwer zu lösen, insbesondere in komplexen Fällen wie einem Warp-Antrieb. Also wandte sich das Team Softwarealgorithmen zu; Anstatt zu versuchen, die Gleichungen manuell zu lösen, untersuchten sie ihre Lösungen numerisch und überprüften die Übereinstimmung mit den Energiebedingungen.

Das Team hat nicht wirklich versucht, ein Antriebsgerät zu bauen. Stattdessen erforschten sie verschiedene Lösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die eine Reise von einem Punkt zum anderen ermöglichen würden, ohne dass das Schiff eine Beschleunigung erfährt oder erdrückenden Gezeitenkräften im Schiff ausgesetzt wird, was allen einfallsreichen Passagieren große Erleichterung verschafft. Anschließend überprüften sie, ob diese Lösungen die Energiebedingungen einhielten, die den Einsatz von Fremdstoffen verhinderten.

Forscher haben bereits eine Lösung für den Warp-Antrieb entdeckt: eine Möglichkeit, den Raum so zu manipulieren, dass Reisende sich ohne Beschleunigung bewegen können. Allerdings gibt es kein kostenloses Mittagessen, und die Natur dieses Warpantriebs bringt einen großen Vorbehalt mit sich: Das Schiff und die Passagiere können nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit reisen. Ebenfalls enttäuschend: Die Tatsache, dass es den Forschern hinter der neuen Arbeit offenbar egal ist, welche Konfigurationen der Materie das Auftreten von Verzerrungen ermöglichen.