Das aktualisierte Warpantriebs-Raumschiffkonzept der NASA sieht aus wie zum Leben erweckte Science Fiction

Das Original NASA’s Updated Warp Drive Spacecraft Concept Looks Like Science Fiction Brought to Life erschien am 11. Juni 2014 auf 33rdsquare.com.

Übersetzt von Cernunnos (Originalübersetzung hier)

Ein NASA-Physiker hat ein realistischeres Konzept seines Warpantriebs-Raumfahrzeugs enthüllt, und der gar nicht so subtile Einfluß von Star Trek steht an vorderster Front. Während es in diesem Stadium eindeutig nur ein Konzept ist, fällt es schwer, nicht davon inspiriert zu sein.

Harold White von der Weltraumbehörde hat mit dem Künstler Mark Rademaker zusammengearbeitet, um in Bildern seine seit langem existierende Idee für ein Schiff zu realisieren, das zu Reisen mit Geschwindigkeiten und über Entfernungen fähig ist, die buchstäblich unglaublich sind.

Das Konzept, das auf dem Alcubierre-Warpantrieb beruht, würde ein Raumfahrzeug beinhalten, das an einem großen Ring befestigt ist, der es umgibt. Dieser potentiell aus exotischer Materie bestehende Ring würde eine Verzerrung der Raumzeit um das Schiff bewirken und einen Bereich zusammengezogenen Raums vor ihm und einen Bereich gedehnten Raumes dahinter erzeugen.

White hat seit 2010 am Johnson Space Center der NASA an einem funktionierenden Warpantriebskonzept gearbeitet. Die Idee besteht darin zu versuchen, die Raumzeit zu verzerren, um buchstäblich die Distanz zwischen zwei Punkten um das Schiff herum zu verkürzen und es diesem zu ermöglichen, schneller als das Licht zu fliegen.

Die Renderbilder zeigen, wie ein mit dem Antrieb ausgestattetes Raumfahrzeug (benannt als IXS Enterprise) wirklich aussehen könnte. Annalee Newitz auf iO9 hat auch das untenstehende Video ausgegraben, in dem White seine Idee auf der Konferenz Space Vision 2013 erläutert (bis etwa zur 42-Minuten-Marke überspringen).

Seht euch die volle Bildergalerie auf seiner Flickr-Seite an. Rademaker sagt, daß die Erstellung der Bilder mehr als 1.600 Stunden gedauert hat.

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Siehe auch:

Wie die NASA ihren allerersten Warpantrieb bauen könnte von George Dvorsky

Der Mikro-Warpantrieb von John G. Cramer

Der Woodward-Antrieb: Mit „seltsamem Schub“ in die Zukunft? von Deep Roots

Anm. d. Ü.: Aus den Bildern der verlinkten Galerie wird ersichtlich, daß dieses Konzeptraumschiff im fertigen Zustand mit zwei Warpantriebsringen ausgestattet ist, von denen der hintere ebenfalls von drei flossenförmigen Streben getragen wird. Ein Teil der Bilder zeigt verschiedene Stadien des Zusammenbaus; von den hier verwendeten stellen das erste und das dritte den fertigen Zustand dar. Beim zweiten fehlt der vorne angeordnete Besatzungsteil und der hintere Antriebsring, der beim vierten Bild auch noch nicht vorhanden ist. Hier sind noch weitere vier; die beiden letzten dürften nicht von Rademaker sein, sondern von anderen Computergrafikern auf dieser Basis erstellt worden sein.

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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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Wie die NASA ihren allerersten Warpantrieb bauen könnte

Das obige vulkanische Kommandoschiff weist ein Warptriebwerk ähnlich einem Alcubierre-Antrieb auf.

Von George Dvorsky; das Original How NASA might build its very first warp drive erschien am 26. November 2012 auf io9.

Übersetzt von Cernunnos. (Originalübersetzung hier; Link zum Woodward-Artikel auf „Morgenwacht“ geändert)

 

Vor ein paar Monaten verblüffte der Physiker Harold White die Flugtechnikwelt, als er verkündete, daß er und sein Team bei der NASA mit der Arbeit an der Entwicklung eines überlichtschnellen Warpantriebs begonnen hätte. Sein vorgeschlagener Entwurf, eine geniale neue Vorstellung von einem Alcubierre-Antrieb, könnte schließlich ein einem Triebwerk resultieren, das ein Raumfahrzeug innerhalb von Wochen zum nächsten Stern transportieren kann – und alles, ohne Einsteins Relativitätsgesetz zu verletzen. Wir kontaktierten White bei der NASA und ersuchten ihn zu erklären, wie dieser Warpantrieb des wirklichen Lebens tatsächlich funktionieren könnte.

Der Alcubierre-Antrieb

Die Idee kam White, während er über eine ziemlich bemerkenswerte Gleichung nachdachte, die vom Physiker Miguel Alcubierre formuliert worden war. In seinem Artikel von 1994 mit dem Titel „The Warp Drive: Hyper-Fast Travel Within General Relativity“ [„Der Warpantrieb: Hyperschnelle Reisen im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie“] schlug Alcubierre einen Mechanismus vor, durch den die Raumzeit sowohl vor als auch hinter einem Raumfahrzeug verzerrt [engl. „warped“] werden könnte.

Michio Kaku nannte Alcubierres Vorstellung einen „Reisepaß zum Universum“. Sie nutzt eine Eigenart des kosmologischen Gesetzes, die die Ausdehnung und Zusammenziehung der Raumzeit zuläßt und hyperschnelle Reisen zwischen interstellaren Zielen ermöglichen könnte. Im Wesentlichen würde man den leeren Raum hinter einem Sternenschiff zur schnellen Ausdehnung veranlassen, was das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung schiebt – Passagiere würden es trotz des völligen Fehlens von Beschleunigung als Bewegung wahrnehmen.

White spekuliert, daß solch ein Antrieb in „Geschwindigkeiten“ resultieren könnte, die ein Raumfahrzeug in bloßen zwei Wochen nach Alpha Centauri bringen könnten – obwohl das System 4,3 Lichtjahre entfernt ist.

Bezüglich der Triebwerksmechanik würde ein sphäroides Objekt zwischen zwei Bereichen der Raumzeit (eine, die sich ausdehnt, und eine, die sich zusammenzieht) plaziert. Eine „Warp-Blase“ würde dann erzeugt, die die Raumzeit um das Objekt herumbewegt und es effektiv neu positioniert – wobei das Endergebnis eine überlichtschnelle Reise ist, ohne daß das Sphäroid (oder Raumfahrzeug) sich gegenüber seinem örtlichen Bezugsrahmen bewegen muß.

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Der Woodward-Antrieb: Mit „seltsamem Schub“ in die Zukunft?

Von Deep Roots (Eigentext, Übersetzungen und CAD-Grafiken); ursprünglich erschienen Ende 2015 auf „As der Schwerter“, hier in der aktualisierten Fassung vom 14. April 2017.

Dies ist ein für „As der Schwerter“ sehr ungewöhnlicher Beitrag, der thematisch weitab von den Themen liegt, die hier sonst meist behandelt werden. (Es ist auch ein sehr technischer und vor allem sehr langer, LANGER Beitrag.) Und doch paßt er zu unserer allgemeinen Ausrichtung, denn es soll darin ein Raumflugantriebsprinzip samt Konzepten zu seiner praktischen Anwendung vorgestellt werden, das – sollte die zugrundeliegende Physik bestätigt werden und eine technische Umsetzung mit geeignetem Wirkungsgrad und Leistungsgewicht machbar sein – künftigen Generationen der weißen Völker die Erforschung, Erschließung und Inbesitznahme des Sonnensystems in viel wirtschaftlicherer, bequemerer und schnellerer Weise ermöglichen könnte, als es mit chemischen, nuklearen, thermonuklearen oder elektrischen Raketenantrieben machbar wäre.

Hierbei handelt es sich um den Woodward-Antrieb, eine Anwendung des Woodward-Effekts, welcher auf einem der vorhergesagten Mach-Effekte beruht. Zur Erläuterung des theoretischen Hintergrundes und Vorstellung der bisher getätigten praktischen Arbeiten von Dr. James Woodward habe ich nachfolgend meine Übersetzungen eines Artikels von Charles Platt sowie des darin verlinkten Wikipedia-Eintrags eingefügt, woran sich meine eigenen, darauf aufbauenden Überlegungen und Zukunftsvisionen anschließen. Es wäre schön, wenn dieser Beitrag Tüftler und Theoretiker – womöglich künftige Wernher von Brauns und Hermann Oberths – zu eigenen Arbeiten in dieser Richtung anregen würde, auf denen die praktische Umsetzung für echte Raumfahrzeuge einmal aufbauen könnte.

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SELTSAMER SCHUB: DIE UNBEWIESENE WISSENSCHAFT, DIE UNSERE KINDER IM WELTRAUM ANTREIBEN KÖNNTE

Von Charles Platt (Original: Strange thrust: the unproven science that could propel our children into space, erschienen auf boingboing.net)

Seit vielen Jahrzehnten ist es eine Fantasie unter Weltraumenthusiasten gewesen, ein Gerät zu erfinden, das einen Nettoschub in eine Richtung produziert, ohne daß eine Reaktionsmasse nötig wäre. Natürlich ist ein reaktionsloser Weltraumantrieb dieses Typs unmöglich. Oder doch nicht? Von Charles Platt.

Seit ich alt genug war, um Science Fiction zu lesen, wollte ich den Mars besuchen. Sogar der Mond wäre besser als nichts. Leider ist es unwahrscheinlich, daß mich die Raketentechnologie innerhalb meiner Lebenszeit dorthin bringt.

Das Problem ist, daß Raketen ein schlechtes Mittel dafür sind. Selbst wenn sich ihre Sicherheitsbilanz verbessert, sind sie von Natur aus durch das Grundkonzept der Rückstoßmasse begrenzt. Heiße Gase müssen aus dem Heck schießen, damit ein Raumfahrzeug sich vorwärts bewegt, und dies bedingt die Mitführung einer Treibstoffzuladung, die Hunderte Male schwerer ist als die Nutzlast.

Seit H. G. Wells sich in „The First Men in the Moon“ ein schwerkraftabschirmendes Material vorstellte, haben Weltraumenthusiasten über Möglichkeiten fantasiert, um Schub ohne Notwendigkeit einer Reaktionsmasse zu erzielen. Leider scheint das unmöglich zu sein.

Oder doch nicht?

James Woodwards Büro, umgewidmet zu einem Labor zur Untersuchung der Verringerung der trägen Masse. Woodwards Werkbank befindet sich unten links, und die Torsionswaage befindet sich oben rechts.

Ich persönlich bin nicht mehr so bereit, das Wort „unmöglich“ noch zu verwenden. Im Oktober dieses Jahres beobachtete ich im Labor von Dr. James Woodward an der California State University in Fullerton (oben) ein Experiment in sehr kleinem Maßstab, das überraschend überzeugend war. Anders als all die Schwindeleien um die „freie Energie“, die man online sieht, verletzt Woodwards Apparat keine physikalischen Grundgesetze (er produziert nicht mehr Energie, als er verbraucht, und verletzt nicht Newtons drittes Gesetz). [Anm. d. Ü.: Newtons drittes Gesetz ist das Wechselwirkungs- oder Reaktionsgesetz: „Kräfte treten immer paarweise auf. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus (actio), so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A (reactio).“] Auch hält Woodward keine Informationen über seine Methoden zurück. Er hat ein bei Springer veröffentlichtes Buch geschrieben, das in schonungslosem Detail erläutert, wie genau seine Anlage funktioniert – unter der Annahme, daß sie tatsächlich funktioniert. Er veröffentlichte seine Theorie in Foundations of Physics Letters, Band 3, Nr. 5, 1990, und es gelang ihm sogar, ein U.S.-Patent zu bekommen – Nummer 5.280.864, erteilt am 25. Januar 1994.

Ich hörte erstmals 1997 von ihm, als ich ihn für das Magazin Wired interviewte. Seine Ergebnisse waren damals vorläufig, und er war vorsichtig damit, irgendwelche Behauptungen zu machen. „Ich habe alle zwei Wochen Paranoia-Anfälle“, sagte er mir, „und dann versuche ich etwas anderes, um zu sehen, ob ich diesen Effekt zum Verschwinden bringen kann.“

Fast zwanzig Jahre später hat sich die Situation verändert. Dr. Heidi Fearn, eine theoretische Physikerin, die sich in Fullerton auf Quantenoptik spezialisiert, hat die Mathematik erarbeitet, von der sie glaubt, daß sie Woodwards experimentellen Beweis rechtfertigen kann. Wikipedia hat jetzt einen umfangreichen Eintrag über den Woodward Effect. [Anm. d. Ü.: Meine Übersetzung dieses Wikipeda-Artikels folgt weiter unten.] Das Space Studies Institute setzt sich für die Sache ein und lädt zu steuerlich absetzbaren Spenden ein.

Falls wirklich ein geringer Schub erzeugt werden kann, indem man Energie einsetzt, aber keine Rückstoßmasse, dann könnte das Prinzip angewandt werden, um Orbitabweichungen von Satelliten zu korrigieren. Falls der Effekt sich als vergrößerbar erweist, würde er eine bedeutende Wende für den menschlichen Raumflug bringen. Natürlich ist das ein großes „falls“; aber ich denke, daß Woodwards Idee mehr verspricht als alle anderen alternativen Antriebssysteme. Sie wäre unendlich attraktiver als Raketenmotoren.

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