Immer wieder schaffen es Raumschiffe in Sci-Fi, Lichtgeschwindigkeit und höher zu erreichen. Gibt es eine wissenschaftlich plausible Erklärung für eine solche Kapazität? Wie wirkt es sich auf das Design des Raumschiffs und das Leben seiner Passagiere aus?
Ich habe viel über dieses Thema nachgedacht und immer noch keinen plausiblen FTL-Mechanismus gefunden. Hier ist ein kurzer Überblick über wichtige Merkmale der meisten "Standard"-Mechanismen, die in Science-Fiction verwendet werden. Keiner von ihnen ist wissenschaftlich fundiert, aber einige von ihnen sind im Prinzip plausibel.
Diese Kategorie von FTL-Transportmechanismen nutzt bekannte Tatsachen, da die allgemeine Relativitätstheorie allein eine sehr breite Klasse von Raumzeitdeformationen zulässt. Fast für jede Form der Raumzeit kann man eine Massenverteilung finden, die in der Lage ist, sie zu erzeugen. Dies ermöglicht Lösungen wie den berühmten Alcubierre-Antrieb oder passierbare Wurmlöcher . Es gibt jedoch drei sehr ernste Probleme.
Es stimmt, dass die Lösungen von Einstein-Gleichungen fast immer existieren und einige von ihnen FTL-Reisen ermöglichen, aber fast immer erfordert dies die sogenannte exotische Materie. Es ist in mehrfacher Hinsicht exotisch: Es hat entweder eine negative Ruhemasse oder es hat tachyonische Eigenschaften. Das bedeutet viel Ärger: In einigen Fällen könnte solche Materie spontan aus dem Vakuum entstehen und dabei Energie erzeugen. Mit anderen Worten, seine Existenz würde unser Vakuum instabil machen. In anderen Fällen ist dieses Problem nicht vorhanden, aber solche Materie ermöglicht wahrscheinlich direkte superluminare Reisen und daher notwendigerweise Zeitreisen. (Im optimalen Fall möchten wir, dass Wurmlöcher uns Abkürzungen zu Sternen gewähren, ohne die Kausalität zu unterbrechen, was immer beunruhigend ist.) In allen Fällen gilt:
Jemand sagt, Quanteneffekte, wie der Casimir-Effekt , können die Rolle einer exotischen Masse übernehmen. Dies erscheint mir sehr unwahrscheinlich, da sie im Vergleich zu den bereits im System vorhandenen Restmassen winzig sind. Für den Bau eines Warpantriebs oder eines Wurmlochs benötigen wir Effekte, die vergleichbar oder größer sind als die beteiligten Ruhemassen. Wenn ich exotische Masse in mein Universum einführen möchte, würde ich wahrscheinlich postulieren, dass neue Teilchen mit diesen Eigenschaften entdeckt wurden.
Ein weiteres großes Problem ist, dass die Raumzeit nur bei sehr, sehr hohen Dichten deformiert wird. Selbst bei Kerndichten um 10 17 kg/m 3 muss es ein Objekt von der Größe eines Neutronensterns geben, um überhaupt etwas zu bewirken. Wahrscheinlich wären viel höhere Dichten für die FTL-Konstruktion notwendig. Dies bedeutet, dass wahrscheinlich irgendeine Form von einigermaßen stabiler ultradichter Materie eingeführt werden müsste, um diese Form von FTL zu ermöglichen.
Um Wurmlöcher oder Warpblasen im Meter- oder Kilometermaßstab zu erreichen, wären wahrscheinlich Massen vergleichbar mit der Masse der Sonne nötig.
Es wird vermutet, dass es nicht möglich ist, ein Wurmloch in eine Zeitmaschine umzuwandeln; Einige Analysen, die den halbklassischen Ansatz zur Einbeziehung von Quanteneffekten in die allgemeine Relativitätstheorie verwenden, deuten darauf hin, dass eine Rückkopplungsschleife virtueller Teilchen mit immer größerer Intensität durch das Wurmloch zirkulieren und es zerstören würde, bevor Informationen durch es geleitet werden könnten, entsprechend der Chronologie Schutzvermutung.
Jump-Drive wird zum Beispiel in Battlestar Galactica - Serien ohne Erklärung des Mechanismus verwendet. Ein ähnlicher Sprungantrieb wird in Mass Effect verwendet , wo sie im Wesentlichen diesen Mechanismus bieten: Die Relativitätstheorie verbietet nicht die Existenz von Tachyonen – Teilchen, die sich immer schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sie können in die Vergangenheit reisen und damit die Kausalität aufheben, aber das ist im Prinzip kein Problem.
Der Sprungantrieb funktioniert so, dass das Raumschiff das lokale Higgs-Feld ändert , was zu einer Änderung der Ruhemasse der Teilchen des Schiffes führt. Schließlich gewinnen alle Teilchen imaginäre Ruhemasse und werden zu Tachyonen. Dann bewegen sie sich schneller als Licht.
Die Subraum/Hyperraum-Idee geht von der Annahme aus, dass es möglich ist, unsere Raumzeit in einen anderen Raum zu verlassen, in dem die Lichtgeschwindigkeit nicht die Grenze wäre. Das größte Problem ist, wie der Übergang in den Hyperraum erfolgen soll. Wir wissen, wie sich die Materie bis zu sehr hohen Energien (Hunderte von GeV) verhält, und wir haben nichts auch nur annähernd Ähnliches gesehen. Daraus können wir schließen, dass, wenn der Übergang in den Hyperraum möglich ist, dies wahrscheinlich nur unter Verwendung eines sehr hochenergetischen Mechanismus erfolgen würde. Dies bringt ähnliche Probleme mit sich wie bei den Raumzeit-Manipulationsmechanismen.
Hier ist es einfach. Obwohl es oft in der Science-Fiction verwendet wird, ist Quantenverschränkung nachweislich nicht in der Lage, Daten schneller als Licht zu übertragen. Wikipedia :
Allerdings ist es nicht möglich, diesen Effekt zu nutzen, um klassische Informationen mit Überlichtgeschwindigkeit zu übertragen
Eine sehr umfangreiche und wissenschaftlich seriöse Übersicht gibt es im Web von Project Rho . (Obwohl einige der aufgeführten FTL-Laufwerke nicht sehr plausibel sind – und der Autor gibt es zu.)
Der Alcubierre-Antrieb ist eines der vorgeschlagenen FTL-Antriebssysteme, das der Machbarkeit am nächsten kommt. Tatsächlich ist es dem Warp-Antrieb von Star Trek sehr ähnlich, obwohl ein Alcubierre-Schiff wahrscheinlich überhaupt nicht wie ein Star Trek-Schiff aussehen würde. Es funktioniert, indem es die Raumzeit vor und hinter dem Schiff verzerrt, sie vorn komprimiert und hinten ausdehnt, während sich das Schiff in einer Blase unverzerrter Raumzeit bewegt.
Ein solches Schiff würde exotische Materie (Materie mit negativer Masse) oder vielleicht eine Manipulation des Higgs-Feldes (das nach der Entdeckung des Higgs-Bosons möglich werden könnte) und ein bestimmtes Design erfordern, um zu funktionieren. Abhängig von der Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit, die ein solches Schiff erreichen könnte, kann es noch einige Zeit dauern, bis es zu einem anderen Stern fliegt, was eine effiziente, autarke Lebenserhaltung oder eine Art Winterschlaftechnologie oder beides erfordert.
Der andere Mechanismus für FTL-Reisen, der wissenschaftlich machbar sein könnte, ist das durchquerbare Wurmloch , aber dies bedeutet nicht so sehr eine Reise mit höherer als Lichtgeschwindigkeit, sondern die Umgehung des größten Teils des Raums zwischen hier und dort. Eine solche Technologie würde erfordern, dass die Reise einmal im realen Raum durchgeführt wird, um die Mündung des Wurmlochs an das gewünschte Ziel zu bringen. Durchquerbare Wurmlöcher erfordern möglicherweise nicht einmal ein Schiff, aber wenn sie möglich sind, würde ich mir vorstellen, dass es zumindest anfangs wünschenswert wäre, die Mündungen des Wurmlochs in sicherer Entfernung von Planeten zu haben. Ein Wurmlochschiff könnte kaum mehr sein als eine versiegelte Dose, die in die Mündung des Wurmlochs geschossen und auf der anderen Seite gefangen wird; Die Passagiere müssten überhaupt nicht lange an Bord sein, vielleicht nur eine Stunde oder so. Es braucht vielleicht nicht einmal mehr Lebenserhaltung als ein paar Notfallvorräte.
Ich werde "wissenschaftlich fundiert" so verstehen, dass "wir uns der beteiligten Prinzipien sicher sind und Technologien mit besserer Präzision und mehr Energie benötigen oder mit der Technik experimentieren müssen. In der Praxis kann die Lösung sehr schwierig sein und Jahrhunderte davon entfernt sein eine normale Technologie." Ich würde Kernfusionsenergie in diese Kategorie einordnen. Oder vielleicht eine Dyson Sphere .
In diesem Fall lautet die Antwort auf die Frage im Titel "Nein".
Die besten Beispiele, die in Übereinstimmung mit Relativitätstheorien durchgearbeitet wurden, sind wissenschaftlich plausibel (durch ungeprüfte Extrapolationen der Theorie) nur, wenn Sie unbekannte exotische Materialien oder den Zugang zu gewaltigen Energiemengen zulassen , die über das FTL-Reisen hinaus wegweisend wären eigenes Recht.
Das Thema FTL-Kommunikation und -Reisen ist in erster Linie von Science-Fiction getrieben , weil es einen ganzen Kosmos an Schauplätzen und Schauplätzen für Abenteuer und Geschichtenerzählen zugänglich macht.
Das soll nicht heißen, dass diese unbekannten Materialien nicht existieren (beachten Sie, dass sie keine Kombinationen aus Atomen, Elektrizität oder irgendetwas wären, mit dem die Technologie heute umgehen kann). Wir wissen immer noch nicht, was dunkle Materie oder dunkle Energie sind, und die Urknalltheorie wird allgemein akzeptiert, um eine kurze Periode der Inflation einzuschließen, in der sich der Weltraum um Größenordnungen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnte. Wenn sich diese oder ähnliche Dinge am Rande der bekannten Physik als wahr erweisen, kennen wir die Konsequenzen nicht vollständig, und das könnte bedeuten, dass wir in einem praktischen Fall eine Möglichkeit hätten, Material schneller als Licht zwischen Orten zu senden kosten. Ich halte es jedoch für durchaus vernünftig zu prognostizieren, dass eine solche neue Physik keinen praktischen Nutzen für den Transport haben wird.
Analogie: In der Vergangenheit führte ein schwaches Verständnis chemischer Reaktionen dazu, dass viel nach Wegen gesucht wurde, Grundmaterialien in Gold umzuwandeln (sogar wissenschaftliche Koryphäen wie Isaac Newton verbrachten Zeit mit diesem Ziel ). Schließlich wich dies der Chemie , deren einer der Grundsätze war, dass die Umwandlung von Elementen (dh die Veränderung der Natur von elementaren Atomen) als unmöglich angesehen wurde. Dann kam das Verständnis der subatomaren Struktur und Radioaktivität, gefolgt von Werkzeugen wie Linearbeschleunigern , die Elemente zwischen Typen umwandeln können und tun . Diese Werkzeuge und Kenntnisse sind jedoch kein praktischer Weg, um Gold auf Abruf zu machen, und werden es auch nie sein, obwohl sie nützliche Technologien wie radioaktive Materialien für die medizinische Bildgebung hervorgebracht haben.
Wenn Sie oben "Gold aus anderen Elementen machen" -> "FTL-Transport" und "unbekannte exotische Materie" -> "subatomare Theorie" nehmen, dann ist dies ein Beispiel dafür, wie Wunschdenken die Forschung inspirieren kann, aber das die wissenschaftlichen Endergebnisse werden am Ende nur vage erzählt. Meiner Meinung nach gilt dies für mehr als 99 % der Science- und Science-Fiction-Vermutungen, so ziemlich für jede Technologie, die wir nicht gut genug verstehen, um sie heute zu bauen.
Die wahrscheinlichsten Langstrecken-Raumschiffe sind meiner Meinung nach am ehesten Generationenschiffe - eine sich selbst erhaltende Kolonie, die viele Generationen braucht, um ihr Ziel zu erreichen. Oder vielleicht wäre eine interstellare Arche praktischer, wo die meisten Lebensformen in oder in der Nähe von Stasis gehalten werden, um die Ressourcen zu reduzieren, die das Schiff benötigt, um sie zu erhalten (und damit die Größe des Schiffes).
Solche Langzeittransporte wären Großprojekte und an sich schon sehr spannend. Sie führen jedoch zu einer ganz anderen Art von Erzählung. Die Geschichten, die mit FTL verbunden sind, können in jeder Episode einen neuen Abenteuerort haben oder eine galaxisumspannende Erhabenheit haben. Die Geschichten, die mit einer reisenden Kolonie verbunden sind, sind viel mehr nach innen gerichtet.
Es gibt ein paar etwas weit hergeholte Theorien. Hier ist eine:
Hier wurde festgestellt , dass die NASA angeblich arbeitet (ich bin skeptisch), dass Sie durch die Schaffung eines speziellen Propellers, der die Raumzeit dahinter ausdehnt und davor zusammenzieht, ein Schiff ungefähr so schnell reisen lassen können wie Sie wollen. Aber dies würde spezielle exotische Materie erfordern und etwa die Energiemasse des Planeten Jupiter. Mit der Erdtechnologie wäre das im Grunde unmöglich. Aber vielleicht, wenn Sie einen bestimmten geformten Ring um den Propeller bekommen, könnten Sie die benötigte Energiemasse auf etwa 1.600 Pfund reduzieren.
Ich dachte ursprünglich, dass FTL (faster than light travel) unmöglich sei. Oben ist, was ich herausgefunden habe, bevor ich eine schnelle Google-Suche durchgeführt habe.
Aber wenn Sie eine mit einigen interessanten Möglichkeiten wollen, können Sie sich die von Xenocide von Orson Scott Card ansehen. In dieser Geschichte wurde das Reisen schneller als Licht erreicht, indem man in eine andere Dimension ging. Wenn ein Geist das Muster von etwas physisch halten könnte (das Layout von Zellen und Molekülen), dann könnte dieses Etwas in eine andere Dimension verschoben und in dieser zerstört werden. Es könnte dann in dieser Dimension an einem anderen Ort nachgebaut werden. Diese "andere" Dimension würde für die spezifische Geschichte definiert werden.
Dieser Geist, der das Muster halten könnte, müsste sehr groß sein, viele hundert Computer wert (wie es in Xenocide der Fall ist ) .
Monty Wild
Trichoplax ist jetzt auf Codidact
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