Ist es möglich, Licht als Übertragungsvehikel zu verwenden?

Sie haben Recht damit, dass Radiowellen, Mikrowellen, sichtbares Licht usw. alle elektromagnetische Wellen sind.

Der einzige große Unterschied zwischen ihnen ist Wellenlänge und Frequenz. Funkwellen sind lang und haben eine niedrige Frequenz. Gefährliche Strahlung (UV, Röntgen, Gamma) Wellen sind kurz und haben eine hohe Frequenz.

Die Geschwindigkeit solcher Wellen ist eine Funktion von Wellenlänge und Frequenz. Wie es jedoch die Natur vorschreibt, bleibt das Produkt aus beiden konstant. Unabhängig davon, welche Art von Strahlung Sie verwenden, ihre Geschwindigkeit im Vakuum ist festgelegt$c$(etwa 299.792.458 m/s).

Wenn Sie über interplanetare oder interstellare Entfernungen kommunizieren möchten und diese Geschwindigkeit kein Problem darstellt, sollte die Wahl der Frequenz darauf basieren, welche Frequenz sich am besten ausbreitet, d.h. welche das beste Signal-Rausch-Verhältnis hat Verhältnis. Sie suchen nach einem Bereich namens Wasserloch :

Das Wasserloch oder Wasserloch ist ein besonders ruhiges Band des elektromagnetischen Spektrums zwischen 1,42 und 1,67 Gigahertz, was Wellenlängen von 21 bzw. 18 Zentimetern entspricht. Es ist eine beliebte Beobachtungsfrequenz, die von Radioteleskopen in der Radioastronomie verwendet wird. (...) Die stärkste Hydroxylradikal-Spektrallinie strahlt bei 18 Zentimetern und Wasserstoff bei 21 Zentimetern (die Wasserstofflinie). Diese beiden Moleküle, die sich zu Wasser verbinden, sind in interstellarem Gas weit verbreitet, was bedeutet, dass dieses Gas dazu neigt, Funkgeräusche bei diesen Frequenzen zu absorbieren. Daher bildet das Spektrum zwischen diesen Frequenzen einen „ruhigen“ Kanal im Hintergrund des interstellaren Funkrauschens.

Wenn Sie jedoch über Galaxien hinweg oder von einer Seite der Galaxie zur anderen kommunizieren möchten, ist diese Geschwindigkeit ein Problem. Sie müssen mit FTL-Mitteln kommunizieren. Sci-Fi hat einen Grundbegriff namens Ansible :

Ein Ansible ist eine Kategorie von fiktiven Geräten oder Technologien, die eine nahezu sofortige oder superluminale Kommunikation ermöglichen. Es kann Nachrichten zu und von einem entsprechenden Gerät über jede Entfernung oder jedes Hindernis ohne Verzögerung senden und empfangen, sogar zwischen Sternensystemen. Als Bezeichnung für ein solches Gerät tauchte das Wort "ansible" erstmals 1966 in einem Roman von Ursula K. Le Guin auf. Seit dieser Zeit wurde der Begriff in den Werken zahlreicher Science-Fiction-Autoren in einer Vielzahl von Umgebungen und Kontinuitäten weit verbreitet.

Dazu:

Jetzt möchte ich etwas anderes als nur Daten zurücksenden (glaube ich). Nehmen wir an, ich möchte eine Art ausführbaren Code (ungefähr) zurück in die Röhre schicken, der ein Computersystem infiltrieren und "Sachen machen" kann.

Ausführbarer Code sind Daten. Wenn ein Computer bereit ist, einige Nutzdaten zu akzeptieren, und die darin enthaltene Software bereit ist, alles auszuführen, was kommt, dann haben Sie, was Sie brauchen. Ihr Browser macht es gerade und führt Javascript von Websites wie worldbuilding.stackexchange.com aus.

Ja. Und noch mehr, wenn Sie ein digitaler Mensch sind, denn Sie können einfach das Licht benutzen, vorausgesetzt, es gibt eine Empfangsstation am Zielort, um zu einem im Vergleich zu einem Schiff verschwindend geringen Preis zu reisen.

Tatsächlich schreibe ich gerade ein Buch, das von der Invasion der Erde durch digitale Menschen aus anderen Sternensystemen handelt. Abgesehen davon, wenn Sie eine Dyson-Sphäre haben, können Sie Licht als bevorzugtes Kommunikations- oder Reisemedium verwenden, wenn Sie eine digitale Person sind.

Licht selbst kann also sehr wohl das Fortbewegungsmittel des digitalen Lebens sein, das neben dem maschinellen Leben tatsächlich die dominierende Lebensform im Universum sein könnte.

dies selbst kann eine führende Lösung für das Fermi-Paradoxon sein.

Unten ist ein Bild einer Signallampe aus Wikipedia. Solche Lampen werden verwendet, um Morsecode-Nachrichten zwischen Schiffen zu übertragen, während die Funkstille aufrechterhalten wird. Jede ein- und ausschaltbare Lichtquelle lässt sich in ähnlicher Weise auch über große Entfernungen nutzen. Die Lichtgeschwindigkeit gilt immer noch, aber Sie können theoretisch Nachrichten über Galaxien hinweg senden. Wenn Sie einen Stern zum Blinken bringen könnten (möglicherweise indem Sie sein Licht in Richtung Ihres Empfängers blockieren), könnten Sie Morsecode-Nachrichten senden. Und ja, Morsecode kann für Computerprogramme verwendet werden . Der am weitesten entfernte Stern, den wir mit aktueller Technologie gesehen haben, ist etwa 9 Milliarden Lichtjahre entfernt .

Licht wird bereits als Übertragungsquelle verwendet. Schauen Sie sich Glasfaser an . Dies ist eine viel kontrolliertere Umgebung, aber ich versuche wirklich nur zu zeigen, dass die Idee durchaus möglich ist.

Das Problem, auf das Sie hier stoßen werden, ist die Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 299 792 458 m/s . Das mag sehr schnell erscheinen, aber Entfernungen im Weltraum werden oft in Lichtjahren gemessen , was der Länge entspricht, die das Licht nach einem einzigen Jahr zurückgelegt hat. Diese Entfernung beträgt laut Google 9.461e+15 Meter!

Um das ein wenig ins rechte Licht zu rücken: Das uns am nächsten gelegene Sternensystem ist etwa 4,22 Lichtjahre entfernt . Das bedeutet, dass eine von hier gesendete Übertragung 4 Jahre dauern würde, um dort anzukommen! Beachten Sie, dass Sie hier nicht auf eine besonders langsame Frequenz stoßen. Das heißt, die Verwendung einer anderen Frequenz wird hier wahrscheinlich nicht helfen. Sie stoßen auf die Tatsache, dass sich das Medium selbst nicht schneller bewegt.

Weniger drastisch ist es in unserem eigenen Sonnensystem, obwohl es immer noch nicht wirklich Echtzeit ist. Nehmen Sie die Entfernung der Erde von der Sonne. Obwohl es erheblich näher ist als das nächste Sternensystem, braucht das Sonnenlicht immer noch 8 Minuten, um die Erde zu erreichen . Alles darüber hinaus (wie andere Planeten oder quer durch die Galaxie) wird noch länger dauern. Immer noch viel besser als 4 Jahre, aber nicht schrecklich toll.

Ein weiteres Problem, auf das Sie stoßen werden, ist, dass der Weltraum zwar ein Vakuum in Bezug auf Materie ist, aber zwischen den zahlreichen Sternen kaum ein Vakuum in Bezug auf Lichtverschmutzung. Eure Gesellschaft bräuchte einen zuverlässigen Weg, um zu bestimmen, was eine Übertragung und was ein Rauschen von einem Stern ist.

Was Wurmlöcher betrifft, scheint es nicht zu helfen :

„Wenn du in einem Wurmloch bist, fährst du nicht schneller als das Licht – du fährst mit normaler Geschwindigkeit, aber deine Visualisierung und Sternennavigation sind alle weg, [weil] … es keine Sterne gibt, an denen du navigieren kannst.“

Das ikonische Bild von Sternen, die an einem Raumschiff-Bildschirm vorbeiziehen, das von Franchises wie „Star Trek“ und „Star Wars“ populär gemacht wurde, ist einfach nicht zutreffend, sagte Davis. „Das Licht, das durch das Wurmloch geht, wird verzerrt … Sie werden eine sehr seltsame visuelle Darstellung haben.“

Hier geht es darum, einen Menschen durch ein Wurmloch zu stecken, aber ich würde mir vorstellen, dass das Prinzip dasselbe ist.

Erwähnenswert ist, dass das Bewegen durch ein Wurmloch Sie nicht schneller als Licht bewegt, aber dieser Artikel scheint zu denken, dass schneller als Lichtreisen möglich sind:

Im Mittelpunkt von Davis' Artikel steht das Prinzip – unterstützt durch strenge wissenschaftliche Theorien – dass Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit eine reale und sogar greifbare Möglichkeit sind. Der letzte Abschnitt des Papiers schlägt neun "nächste Schritte" vor, die das Feld in Richtung technischer Prototypen und anderer praktischer Tests von Schneller-als-Licht-Theorien treiben würden.

Also werde ich sagen, es ist ein Vielleicht. Für Ihre Zwecke scheint es auf jeden Fall plausibel genug.

Ein paar Dinge, die erwähnenswert sind, bevor ich hier zu Frage zwei übergehe, sind, dass, obwohl unterschiedliche Lichtfrequenzen Ihre Übertragung nicht unbedingt beschleunigen, Sie bestimmte Frequenzen bestimmten Kanälen zuweisen könnten, ähnlich wie bei der Funktionsweise von Funkwellen.

Die andere Sache, die ich erwähnen möchte, ist, was wäre, wenn Ihre Gesellschaft ein anderes Medium entdecken würde, das dem Licht sehr ähnlich ist, sich aber tatsächlich um ein Vielfaches schneller bewegt. Dies würde theoretisch die Entfernung und mögliche Verschmutzungsprobleme beseitigen, während die wünschenswerten Eigenschaften des Lichts erhalten bleiben. Nur ein Gedanke.

Was Frage 2 betrifft, möchte ich auf Fiber Optics verweisen. Digitale Kommunikation ist in einem Medium wie Licht durchaus möglich. Folglich wären auch Computercode und ähnliches möglich.

Abgesehen von den Ausbreitungsgeschwindigkeiten (in anderen Antworten behandelt) bieten unterschiedliche Frequenzen / Wellenlängen ziemlich unterschiedliche Datenraten - die Menge an Informationen, die man pro Sekunde übertragen kann.

Das Shannon-Theorem ist die theoretische Grundlage und erfordert eine gewisse Frequenzbandbreite und ein gewisses Signal-Rausch-Verhältnis. Bei niedrigen Frequenzen kann man nicht viel Bandbreite haben.

Und das Rauschen - Sie müssen den nahe gelegenen Stern in Ihrem Frequenzband überstrahlen (zumindest in Richtung des Empfängers). Unsere Sonne ist eine ziemlich starke Rauschquelle für jede Frequenz, von den niedrigsten gemessenen bis hin zu Röntgenstrahlen. Bei höheren Frequenzen ist es eher leise. Andere Stars sind nicht anders. Sie haben auch einige seltene Gammastrahlenquellen hier und da überall am Himmel.

Die Obergrenze nutzbarer Gammastrahlen liegt bei ~80 TeV (ziemlich hoch, aber immer noch eine Grenze). Der Raum ist wegen der Photon-Photon-Streuung vor dem Mikrowellenhintergrund für Photonen höherer Energie ziemlich undurchsichtig.

Quantenverschränkung könnte verwendet werden, um die sofortige Kommunikation zwischen zwei Geräten zu erklären, die durch eine beliebige Entfernung voneinander getrennt sind.

ELI5 = Zwei Elektronen können "verschränkt" werden, wo sie sich sofort gegenseitig nachahmen. Wir können derzeit nichts mit einem verschränkten Elektron machen , ohne die Verschränkung zu lösen (außer es zu beobachten? (Ich glaube, einige Leute haben kürzlich einen Nobelpreis dafür gewonnen?)) ... aber es liegt nahe, dass dies in der möglich werden könnte Zukunft. Dies könnte verwendet werden, um Daten zwischen zwei Standorten zu senden. Sie müssen zusammen sein, wenn sie sich verheddern... dann können sie durch jede Entfernung voneinander getrennt werden. Es würde Sinn machen, dass ein Netz von verflochtenen Kommunikations-HUBs aufgebaut würde.