Lichtgeschwindigkeit und Warpantriebe in der Allgemeinen Relativitätstheorie

Die Auffahrt von Alcubierre ist wie eine Rolltreppe. Der Raum dehnt sich hinter dem Schiff aus, und das ist wie die sich bewegende Treppe, die hinter Ihnen aus dem Boden kommt, während sich der Raum vor dem Schiff zusammenzieht, wie die sich bewegende Treppe, die vor Ihnen im Boden verschwindet. Dies ist jedoch keine Beschreibung des eigentlichen Alcubierre-Prozesses.

Wir leben im De-Sitter-Raum, der durch positive Vakuumenergie gekennzeichnet ist, die die Expansion des Universums antreibt. Negative Vakuumenergie ist charakteristisch für den Anti-de-Sitter-Raum, der sich meines Wissens nicht in unserem Universum befindet, obwohl Alcubierre argumentierte, dass der Casimir-Effekt ( http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum /casimir.html ) aufgrund von Quantenvakuumfluktuationen des elektromagnetischen Feldes könnte eine Quelle negativer Energie sein.

Da der Casimir-Effekt ein Quantenphänomen ist und die allgemeine Relativitätstheorie keine Quanteneffekte beinhaltet, könnte die Entwicklung einer tragfähigen Theorie der Quantengravitation den Alcubierre-Antrieb wahrscheinlicher machen.

Da die Alcubierre-Welle eine Schwankung der Raumzeit ist, würden sich Wellenreiter in ihrer lokalen Umgebung nicht durch Raum und Zeit bewegen. Es gäbe keine Trägheitseffekte, es sei denn, die Reiter bewegten sich innerhalb der Blase. Aus diesem Grund würde es keinen Konflikt mit der Allgemeinen Relativitätstheorie geben.

Berechnungen der erforderlichen Menge an negativer Energie reichen von mehr Masse, als im gesamten beobachtbaren Universum vorhanden ist (Alcubiers ursprüngliche Berechnung), bis hinunter zu drei Sonnenmassen, hinunter zur Masse des Jupiter und hinunter zu ~700 kg. Eine weitere mögliche Schwierigkeit besteht darin, dass Fahrer in der Blase möglicherweise keine Signale an den verzerrten Raum vor der Blase senden können, was möglicherweise die Kontrolle über Geschwindigkeit und Richtung unmöglich macht. Was wären die Koordinaten, durch die man im „Hyperraum“ steuern würde?

Ein weiteres Problem ist das Zusammenwirken klassischer Phänomene mit dem Warp-Antrieb beim Ein- und Ausschalten, was fatal sein kann. Hawking-Strahlung könnte extreme thermodynamische Bedingungen schaffen ( http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.79.124017 ).

Der Wikipedia-Artikel scheint eine gute Ressource zu sein, aber dies könnte eine besser lesbare Einführung sein: http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015936.pdf . Außerdem untersucht dieses Papier einige Nebenbereiche von Interesse unter Verwendung der Alcubierre-Metrik: http://www.earthtech.org/publications/davis_STAIF_conference_2.pdf .

Genau das, was hier als "schneller als Licht" bezeichnet wird? 

Schneller als Licht bedeutet, dass Sie, wenn Sie einen Lichtstrahl nach links und rechts setzen und Ihr Ball abhebt wie Rennfahrer, die auf eine Ziellinie zulaufen, zuerst die Ziellinie erreichen.

Und wie funktioniert das? Klumpst du vorne/hinten einen Schlag exotischer Materie zusammen und verbiegt die Raumzeit?

Es gibt verschiedene Warps-Antriebe, einer davon komprimiert den Raum vor Ihnen, drückt ihn aber wie ein Pfannkuchen heraus, damit sich die Lautstärke nicht ändert, andere ziehen den Raum vor Ihnen buchstäblich zusammen. Und ja, Sie tun es, es wird eine exotische Angelegenheit sein, weil die Raumzeit das normalerweise nicht alleine tut.

Von welchen Energieniveaus sprechen wir hier?

Hängt davon ab, wie groß Sie es haben möchten, das Problem ist die Energiedichte. Stellen Sie sich die größte Dichte vor, die Sie je gesehen haben. Stellen Sie sich jetzt etwas Größeres vor. Stellen Sie sich etwas noch Größeres vor, eine unendliche Dichte, jetzt stellen Sie sich etwas noch Größeres vor, eine negative Energiedichte.

Und vergessen Sie nicht, dass sich eine bestimmte Art von Energiedichte gemäß ihren eigenen Gleichungen bewegt, sodass Sie möglicherweise im Voraus arrangieren müssen, dass sie zur gewünschten Zeit an dem gewünschten Ort erscheint.

Können wir heute mit der aktuellen Technologie überhaupt eine solche Kraft erzeugen, die erforderlich ist, um die Raumzeit so stark zu krümmen?

Wenn Sie zum Beispiel versucht haben, Casmir-Energiedichten zu verwenden, werden die negativen Energiedichten größer, je näher die Platten beieinander liegen, also könnten Sie vielleicht eine wirklich kleine machen, die nicht sehr weit geht, da die Platten so nahe beieinander liegen. Ich dachte nicht, dass jemand das wollte, also kenne ich niemanden, der versucht, einen zu bauen.

Gibt es Restprodukte (Abgase/Abfälle) und wie wird damit umgegangen?

Als die Metrik niedergeschrieben wurde, war es einfach im Stil von "Was wäre, wenn es eine Raumzeit wie diese gäbe, wie würde die Metrik und damit die Stressenergie aussehen?" Aber die Realität ist, dass die Spannungsenergie bekannter Materieformen ihre eigenen Evolutionsgleichungen hat, Staub bewegt sich auf Geodäten, Gase folgen Druckgradienten, geladene Teilchen werden von elektromagnetischen Feldern geschoben usw. Es wurde nicht untersucht, wie man solche herstellt dieser Materieformen bewegen sich in die richtige Richtung, weil sie sowieso nicht funktionieren würden.

Wenn Sie eine negative Energiedichte haben, können Sie fragen, wie Sie sie bewegen können. Zum Beispiel muss die Casmir-Energie eine höhere positive Energiedichte in den Platten haben als die negative Energiedichte zwischen den Platten. Wenn Sie also wollen, dass sie sich schnell bewegt, müssen Sie diese Platten schnell bewegen lassen, und wenn Sie versuchen, die Platten zu beschleunigen, dann die Physik ist anders.

Der Punkt ist, dass eine herkömmliche Rakete eine konstante Energiezufuhr benötigt, um zu beschleunigen. Wie wird diese Energie in einem Warpantrieb bereitgestellt und in welcher Form? 

Wenn Sie eine nicht exotische Nutzlast haben und auch exotische Materie transportieren, ist es nicht offensichtlich, dass Sie Kraftstoff benötigen, da nach allem, was wir wissen, gleiche Mengen an positiver und negativer Energie ankommen und möglicherweise die gleiche für den Impuls.

Die wirklichen Probleme sind, dass der Raum nicht leer ist, und das wird Ihnen im Weg stehen. So schlecht, dass Sie vielleicht sogar mit exotischer Materie einfach nicht FTL gehen können. Und das ist nicht nur Weltraumschrott, auch das Quantenvakuum könnte ein Problem darstellen. Und das ursprüngliche Laufwerk konnte sich nicht drehen und startete nicht oder verlangsamte sich nicht. Selbst wenn das ursprüngliche Laufwerk möglich war, könnte dies ein Problem sein, wenn Sie nicht starten können.

Wie viel Feld also, um loszulegen oder zu steuern? Der ursprüngliche Antrieb hatte keine Lenkung und kein Anfahren oder Abbremsen. Vielleicht geht das nicht.

Muss es ständig mehr Energie aufwenden, um die Krümmung aufrechtzuerhalten, oder kann es einfach an der Blase „mitfahren“?

Der Teil in der Mitte kreuzt definitiv nur, sie könnten aus ihrer eigenen Sicht in Ruhe sein. Aber die exotische Materie muss ihren eigenen Gesetzen folgen, die von der jeweiligen Art der exotischen Materie abhängen.

Wenn ein Lichtstrahl entlang des Warpantriebs geschickt würde, welcher würde gemessen von Beobachtern zuerst auf der Erde, im Warpantrieb und am Ziel ankommen?

Der Warp-Antrieb kommt zuerst an, vorausgesetzt, sie sind weit genug voneinander entfernt, um sich nicht gegenseitig zu beeinflussen.