Der Mikro-Warpantrieb

Von John G. Cramer; Original: The Micro-Warp Drive, ursprünglich verfaßt am 15. August 1999 und veröffentlicht in der Februarausgabe 2000 des Analog Science Fiction & Fact Magazine.

Übersetzt von Cernunnos (das Titelbild von Adrian Mann wurde vom Übersetzer als „Symbolbild“ eingefügt). [Originalübersetzung hier; Links für hier auf „Morgenwacht“ angepaßt.]

Ein kürzlicher Durchbruch hat das Konzept eines „Warpantriebs“ einen weiteren Schritt auf dem Weg von einer fiktiven Requisite für die Science Fiction zu einem gut fundierten physikalischen Konzept befördert, das vielleicht eines Tages verwirklicht werden könnte. Diese Verbesserung des Alcubierre-Warpantriebs wurde von Chris Van Den Broeck entwickelt, einem Theoretiker über die Allgemeine Relativitätstheorie an der Katholischen Universität von Löwen in Belgien. Er hat scheinbar unüberwindliche Probleme mit dem Entwurf des Alcubierre-Warpantriebs beseitigt. Seine Verbesserung bedient sich topologischer Gymnastik, um das Innere der Warp-Blase groß zu halten, während deren äußere Oberfläche sehr klein gemacht wird. Aber bevor ich Van Den Broecks Arbeit beschreibe, werde ich das Konzept des Alcubierre-Warpantriebs selbst zusammenfassen, das erstmals in meiner Kolumne #81 in der Novemberausgabe 1996 von Analog vorkam.

Bis 1994 war ein „Warpantrieb“ einer der Mythen der Science Fiction, ein gummiwissenschaftliches Konzept, das hauptsächlich verwendet wurde, um Helden von Weltraumopern mit Überlichtgeschwindigkeit von einem Sternsystem zum anderen flitzen zu lassen und dabei die Handlung voranzutreiben. Diejenigen, die mit den Gesetzen der Physik vertraut sind, sahen den Warpantrieb als eine offenkundige Verletzung der Prinzipien der Speziellen Relativitätstheorie, der Energieerhaltung und der Physik, wie wir sie kennen. Er wurde als exzessiver, aber vielleicht notwendiger Gebrauch der literarischen Freiheit von SF-Autoren toleriert.

Der Status des Warp-Antriebs änderte sich 1994 dramatisch, als Dr. Miguel Alcubierre einen Artikel mit dem Titel „The Warp Drive: hyper-fast travel within general relativity“ [„Der Warpantrieb: hyperschnelles Reisen im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie“] im Journal Classical and Quantum Gravity veröffentlichte. Alcubierre ist ein theoretischer Physiker aus Mexiko, der 1994 an der University of Wales arbeitete und sich nun am Albert-Einstein-Institut in Potsdam, Deutschland, befindet. Ebenfalls ein Fan der SF, war er von der SF-Tradition erfüllt und wandte seine Expertise in Physik den Überlegungen darüber zu, wie ein Warpantrieb innerhalb der Einschränkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, unseres gegenwärtigen „Standardmodells“ der Schwerkraft, konstruiert werden könnte. Alcubierre konstruierte eine „Metrik“, eine mathematische Spezifikation der Krümmung der Raumzeit, die all die Eigenschaften eines SF-Warpantriebs einschließlich der Fähigkeit zum überlichtschnellen Flug hatte. Überraschenderweise ist Alcubierres Warpantriebsmetrik eine Lösung von Einsteins Gleichungen zur Allgemeinen Relativitätstheorie und ist völlig mit ihnen konsistent. Dem Warpantrieb der Science Fiction war eine konsistente theoretische und mathematische Grundlage gegeben worden.

Wenn theoretische Physiker die Allgemeine Relativitätstheorie benutzen, besteht ihre normale Prozedur darin, mit irgendeiner Verteilung massiver Objekte zu beginnen und die Metrik zu berechnen, die die Raumzeitkrümmung beschreibt, die solch eine Verteilung produzieren würde. Alcubierre kehrte diese Prozedur um. Ohne sich darum zu sorgen, wie sie geformt werden könnte, konstruierte er eine Metrik, die ein Volumen eines flachen [= ungekrümmten; d. Ü.] Raumes, das vielleicht ein Raumschiff enthält, mit Überlichtgeschwindigkeit transportieren könnte. Dies wurde dadurch erreicht, daß das Volumen von flachem Raum in eine „Blase“ stark gekrümmten Raumes plaziert wird, worauf der Raum vor der Blase vernichtet und neuer Raum dahinter geschaffen wird. Effektiv wird die Warp-Blase durch Schaffung und Vernichtung von Raum vorangetrieben, als ob ein örtlicher Urknall hinter dem Heck des Raumschiffs stattfinden würde, während ein örtlicher „Big Crunch“ davor stattfände.

Wie schafft es Alcubierres Metrik, ein Objekt schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen? Steht das nicht in direktem Widerspruch zu Einsteins Spezieller Relativitätstheorie? In Wirklichkeit nicht. Die Allgemeine Relativitätstheorie behandelt die Spezielle Relativitätstheorie als eine eingeschränkte Subtheorie, die örtlich für jede Raumregion zutrifft, die ausreichend klein ist, daß ihre Krümmung vernachlässigt werden kann. Die Allgemeine Relativitätstheorie verbietet überlichtschnelle Reisen oder Kommunikation nicht, aber sie verlangt, daß die örtlichen Einschränkungen der Speziellen Relativitätstheorie gelten. In anderen Worten: die Lichtgeschwindigkeit ist die örtliche Geschwindigkeitsgrenze, aber der breitere Kontext der Allgemeinen Relativitätstheorie kann Wege zur Umgehung dieses örtlichen Gesetzes bieten. Ein Beispiel dafür ist ein Wurmloch (siehe meine AV-Kolumnen Analog 6/89 und 5/90), das zwei weit voneinander entfernte Orte im Weltraum verbindet, sagen wir, fünf Lichtjahre auseinander. Ein Objekt könnte ein paar Minuten brauchen, um sich mit geringer Geschwindigkeit durch ein Wurmloch zu bewegen, und auf dem ganzen Weg die örtliche Geschwindigkeitsgrenze einhalten. Durch Passieren des Wurmlochs ist das Objekt jedoch fünf Lichtjahre in wenigen Minuten gereist und hat dabei eine effektive Geschwindigkeit produziert, die das Millionenfache der Lichtgeschwindigkeit beträgt.

Ein weiteres Beispiel für ein überlichtschnelles Phänomen ist die Ausdehnung des Universums selbst. Während sich das Universum ausdehnt, wird neuer Raum zwischen jeglichen zwei voneinander getrennten Objekten geschaffen. Die Objekte mögen sich jeweils in ihrer eigenen Raumzeit in Ruhe befinden, aber trotzdem kann der Abstand zwischen ihnen mit einer Rate wachsen, die viel größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Dem gegenwärtigen Standardmodell der Kosmologie zufolge weicht der Großteil des Universums mit Überlichtgeschwindigkeit zurück und ist daher völlig von uns isoliert.

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