Ein effektiver Weg für die interstellare Kommunikation?

Ja, nein, Funk ist das schnellste Mittel der Fernkommunikation, und interstellare Funkübertragungen würden massive Antennen und Schüsseln oder andere Arten von Sendern und Empfängern erfordern. Schauen Sie sich die planetenweiten Anordnungen von Radioteleskopen an, die zum Scannen nach außerirdischen Signalen verwendet werden, und Sie werden ein Gefühl für die Größenordnung bekommen.

Die meisten Sci-Fi-Autoren, soweit ich weiß, vermeiden dieses knifflige Detail vollständig. Ich nehme an, die Vermutung ist, dass die Kommunikation kein Problem sein sollte, wenn Menschen entfernte Planeten kolonisiert haben. Aber du hast Recht, dass es so ist. Menschen könnten schließlich die Galaxie kolonisieren, selbst mit der derzeitigen Antriebstechnologie (in einigen Millionen Jahren). Aber die Kommunikation bewegt sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ... es sei denn, Sie winken mit den Händen.

Ursula LeGuin erfand bekanntermaßen ein fiktives Gerät namens „Ansible“, das es interplanetaren Botschaftern ermöglichte, mit den Regierungen auf ihren Heimatwelten in Echtzeit zu kommunizieren, ohne Verzögerung in der Kommunikation, trotz der atemberaubenden Entfernungen zwischen den Planeten.

In seiner unglaublichen Trilogie „Erinnerung an die Vergangenheit der Erde“ beschreibt der chinesische Science-Fiction-Autor Liu Cixin Technologien von Außerirdischen, die entweder Neutrinos oder Gravitationswellen für die schnelle Fernkommunikation verwenden. Dazu gehörten auch massive Arrays zum Nachweis dieser nahezu nicht nachweisbaren Kräfte. Ich kann mich jedoch nicht an seine Erklärung erinnern, warum sie dem Radio überlegen sind. Vielleicht größere Reichweite? Radiowellen fallen schnell mit der Entfernung ab. Die Geschwindigkeit ist immer durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt, und ich erinnere mich, dass es immer noch eine Art Verzögerung gibt. Was noch wichtiger ist, es klang cool und es war eine erfinderische Idee. Liu beschreibt auch die Verwendung der Sonne als eine Art Funksender – denn in seiner Geschichte waren bodengestützte Arrays nicht stark genug, um eine interstellare Nachricht zu senden, selbst zu den nächsten Sternen.

Ein solches Plotgerät kann angesichts der großen Zeitlücken zwischen den Kommunikationen auf viele unerwartete Arten verwendet werden. Vielleicht fällt dir deine eigene ein. Es hängt alles davon ab, wie sehr Sie die Gesetze der Physik beugen möchten und wie sehr Sie Details entweder erklären oder weglassen möchten. Es ist eine Kunst, Dinge nicht zu buchstabieren. Manchmal ist es am besten, die Leser staunen zu lassen.

Nö.

Wie wir die Physik verstehen, ist die Lichtgeschwindigkeit eine harte Grenze dafür, wie schnell sich Informationen bewegen können (auch bekannt als die Geschwindigkeit der Kausalität). Dies macht Lichtwellen (einschließlich Funk) zur schnellsten uns bekannten Kommunikationsmethode.

Aufgrund weit verbreiteter Missverständnisse darüber, wie sich quantenverschränkte Teilchen verhalten, verwendet viel Science-Fiction Quantenverschränkung, um Informationen schneller als Licht zu übertragen, aber in Wirklichkeit können zwei verschränkte Teilchen keine Informationen zwischen sich übertragen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein anderes Feld/Dimension/Teilchen zu erfinden, das in der Realität nicht existiert, und dieses zu verwenden (z. B. Subspace in Star Trek).

Mit ein wenig Handwavium kann Telepathie in Echtzeit über stellare Entfernungen plausibel erscheinen. (Eine beträchtliche Anzahl von Menschen glaubt an Telepathie ohne jegliches Handwavium.)

Siehe Robert A. Heinleins Roman Time for the Star s. Rückseite der Ausgabe von Ballentine Books aus dem Jahr 1978, hier reproduziert:

Du brauchst etwas Sympathiepulver (Vielleicht)

Aus dem Wikipedia-Artikel:

Das Pulver wurde auch zur Lösung des Längengradproblems im Vorschlag einer anonymen Broschüre von 1687 mit dem Titel "Curious Enquiries" verwendet. Die Broschüre stellte die Theorie auf, dass ein verwundeter Hund an Bord eines Schiffes gebracht werden könnte, wobei der weggeworfene Verband des Tieres einem Zeitnehmer an Land überlassen würde, der dann den Verband zu einer vorher festgelegten Zeit in das Pulver tauchen und die Kreatur so zum Aufschreien bringen würde dem Kapitän des Schiffes eine genaue Kenntnis der Zeit zu geben. 2

Zugegebenermaßen handelt es sich hier um eine Initiativbewerbung, da ich mir nicht sicher bin, ob es sich bei dem Powder of Sympathy tatsächlich um FTL handelt. Sicherlich werden umfangreichere Tests notwendig sein, um diese Frage zu klären und möglicherweise diese historische Medizin auf das Problem der interstellaren Kommunikation anzuwenden. Es ist in der Tat ein Glück, dass die staatlichen Zuschüsse anscheinend dafür da sind.

Das Hundegebell könnte in Morsezeichen oder einer ähnlichen Codierung codiert werden, um eine Allzweckkommunikation bereitzustellen. Die Bitrate wäre sehr langsam, aber viel besser, als 5 Jahre auf Lichtgeschwindigkeit zu warten.

Es ist möglich, dass ich in dieser Antwort die Grenzen von "etwas realistisch" überschritten habe.

Vielleicht würde der FTL-Kommunikationsartikel eher der ursprünglichen Frage entsprechen. Wenn ja, ziehen Sie diese zweite Möglichkeit in Betracht. Der Warp-Antrieb in Form eines Alcubierre-Antriebs wurde zumindest als entfernt plausibel angesehen (in dem Sinne, dass er nicht mathematisch eliminiert ist), es wurde vermutet, dass es sich um eine vorgefertigte Struktur (eine Transportröhre) handelt, die die lange Strecke überbrücken würde , unterstützt das Warp-Feld.

Wenn eine solche Struktur entfernt plausibel ist, könnte sicherlich eine ähnliche Struktur zum Zweck der Kommunikation anstelle der Material- / Passagierschifffahrt gebaut werden. Im schlimmsten Fall könnten winzige Pellets durch die Alcubierre-Röhre geschickt werden, die die gewünschte Nachricht enthalten.

Eine Nachrichtenröhre ist mit ziemlicher Sicherheit einfacher als eine, die für Schüttgüter gebaut wurde.

Das Hauptproblem beim Senden interstellarer Nachrichten besteht darin, dass ihre Leistung mit der zurückgelegten Entfernung aufgrund allmählicher Streuung (Beugung) allmählich abnimmt. Stellen Sie sich vor, Sie werfen einen Stein in die ruhige Oberfläche eines Sees: Vom Quellstein aus begannen Kreise in alle Richtungen zu gehen, aber je weiter sie auseinander gehen, desto unauffälliger werden sie. Dasselbe passiert mit Funkwellen: Wenn Sie ungefähr rechnen, verringert die doppelte Entfernung von der Kommunikationsquelle die Leistung von Funkwellen um das Vierfache. Wie Sie sehen können, wird die Erfassung solcher Radiowellen in einer Entfernung von mehreren hundert Lichtjahren von der Erde eine schwierige Aufgabe für Weltraumzivilisationen sein.

In seinem 2011 in der Zeitschrift Acta Astronautica erschienenen Artikel „Interstellar radio communication Enhanced by Using the Sun as a Gravitational Lens“ (Interstellar Radio Links Enhanced by Exploitation the Sun as a Gravitational Lens) liefert Claudio Maccone Berechnungen des traditionellen Funkkanals zwischen der Sonne System und Alpha Centauri A.

Sie sind enttäuschend: Bei der Übertragung eines 40-Watt-Signals von der Erde mit einer riesigen 70-Meter-Antenne des NASA-DSN-Systems (Deep Space Network), das eine Verstärkung von 84 dB aufweist (dh die Signalleistung in der Hauptrichtung verstärkt). um mehr als 100 Millionen Mal), bei einer Frequenz von 32 GHz (Ka-Band, das nutzt die Cassini-Sonde) und einer Übertragungsgeschwindigkeit von 32 kbit/s (wie die europäische Raumsonde Rosetta hat) und Empfang mit a 12-Meter-Antenne (mit einem Gewinn von 69 dB, also etwas weniger als 10 Millionen Mal) der Raumsonde im Alpha-Centauri-System Und die Häufigkeit des Auftretens fehlerhafter Bits (Bitfehlerrate) beträgt 0,49. Dadurch gehen fast 50 % der übertragenen Informationen verloren, was den angegebenen Kommunikationskanal nahezu nutzlos macht.

Um dieses Problem zu lösen, sollte laut Maccone die FOCAL-Sonde (Fast Outgoing Cyclopean Astronomical Lens) der Mission, die mit einem Funksender und einer 12-Meter-Antenne ausgestattet ist, auf der "optischen Achse" der Linse positioniert werden (eine gerade Verbindungslinie Empfänger und Sender) an jedem Ort, der weiter als der nächste Brennpunkt ist – 550 AE von der Sonne entfernt. Es ist besser, weiter zu gehen, da in diesem Fall das Funksignal um die Sonne weniger von Störungen durch die Sonnenkorona beeinflusst wird.

In einem Übertragungskanal, der eine im Fokuspunkt befindliche Sendeantenne verwendet, kommt eine weitere Komponente hinzu – die Sonne als Gravitationslinse. Die Verstärkung dieses Objektivs für denselben Ka-Bereich beträgt 70 dB (10 Millionen Mal). Dies kann die Situation dramatisch ändern, insbesondere wenn man bedenkt, dass die Gravitationslinse nicht nur die Sonne ist, sondern auch jeder andere Stern, insbesondere alpha Centauri A. Da sich jedoch Masse und Durchmesser von der Sonne unterscheiden, befindet sich ihr engster Brennpunkt 750 AU vom Stern entfernt.

Mit zwei FOCAL-Raumsonden mit 12-Meter-Antennen in den entsprechenden Brennpunkten von Sonne und Alpha Centauri A kann man nach Berechnungen von Maccone einen perfekten Erfolg erzielen: Durch die Verstärkung der beiden Sterne kann man die Häufigkeit fehlerhafter Bits auf nahezu Null reduzieren eine Leistung von 0,1 mW (Ja, 0,1 Milliwatt!).

Die obigen Daten sind korrekt für einen Kommunikationskanal mit einer Geschwindigkeit von 32 kbit/s, aber dieser Kanal ist nach modernen Maßstäben mehr als bescheiden. Maccone hört hier nicht auf und liefert in seinem neuen Artikel „galactic internet made possible by star gravitational lensing“ (galactic internet made possible by star gravitational lensing, Acta Astronautica, 2013) Berechnungen zur möglichen Geschwindigkeit von breitbandigen interstellaren Kommunikationskanälen.

Die Ergebnisse sind beeindruckend: Beispielsweise ist bei einem unbegrenzten Frequenzband (und einer Leistung von weniger als 1 mW) die Geschwindigkeit der Informationsübertragung über die Funkbrücke zwischen der Sonne und Alpha Centauri A (4,367 Lichtjahre) hoch 210 Gbit/s und zwischen der Sonne und Sirius A (8.611 Lichtjahre) 100 Gbit/s. Die Kommunikation ist auch über größere Entfernungen möglich: Beispielsweise zwischen der Sonne und einem sonnenähnlichen Stern im Zentrum unserer Galaxie (in einer Entfernung von 30.000 Lichtjahren) wird die Datenübertragungsrate zwar gering, aber akzeptabel sein 5,4 kbit/s (allerdings bei einer Leistung von 1 kW). Das sind natürlich theoretische Daten, in der Praxis wird es nicht so rosig, aber praktisch ist es dennoch möglich.

Stellen Sie den Funkverkehr zugunsten von Lasern ein!

Laser sind dank des Abstandsgesetzes viel besser in der Kommunikation über große Entfernungen. Wo Ihre normale Funkübertragung ihre Stärke verliert, je weiter die Signale gehen, ist Laser in dieser Hinsicht viel besser.

Laser kann noch einen weiteren Vorteil haben. Aufgrund seiner höheren Frequenz als Radiowellen kann es viel mehr Energie transportieren und kann daher als Energiequelle oder als Ersatz für Sonnenwinde für Sonnensegel verwendet werden.

Birkerland-Ströme verbinden fast alles im Universum. Sie sind ein potenzielles Medium für hochenergetische Kommunikation. Vielleicht hängt eine Art Quantenverschränkung zwischen zwei Sonnensystemen mit Birkerland-Strömen zusammen.