23.01.2022

Wenn außerirdisches Leben die Erde besuchen könnte, wären dafür extrem schnelle Schiffe erforderlich. Aber ist Lichtgeschwindigkeit ​​überhaupt möglich? Ein Physiker erläutert die Möglichkeiten anhand neuer Ideen zu sogenannten Warp-Antrieben.

Ist der Grund, warum wir intelligentem Leben von anderen Planeten nicht begegnet sind, einfach, dass die Entfernung zwischen den Sternen zu groß ist und dass noch niemand einen funktionierenden Warpantrieb erfunden hat? (Illustration: Nanna Skytte)

Eines Tages im Sommer 1950 saßen einige Physiker in der Kantine des Los Alamos Research Center in den Vereinigten Staaten. Der berühmteste von ihnen war Enrico Fermi, der beim Bau des ersten Kernreaktors der Welt half und später einer der Hauptarchitekten hinter der Atombombe war.

Drei Jahre zuvor war ein Gerücht aufgetaucht, dass ein UFO in Roswell, New Mexico, abgestürzt sei, und Physiker sprachen nun in einem etwas humorvollen Ton über fliegende Untertassen und die Wahrscheinlichkeit, dass die Gegend von intelligentem Leben von anderen Planeten besucht worden sei.

Plötzlich rief Fermi: - Aber wo sind sie alle?

Der Punkt hinter Fermis Ausbruch war, dass, wenn man sich anschaut, wie viele potenzielle Planeten es in der Milchstraße gibt – ganz zu schweigen vom Rest des Universums – und wie lange das Universum existiert, es unwahrscheinlich erscheint, dass die Erde der einzige Ort sein würde wo intelligentes Leben stattgefunden hat. Und wenn ja, warum haben wir keine Beispiele gefunden?

Der im Volksmund als „Fermi-Paradoxon“ bezeichneten Frage folgten später eine Reihe von Berechnungen, sowohl von Fermi selbst als auch in der sogenannten Drake-Gleichung, die die Wahrscheinlichkeit beschreiben, dass irgendwo im Universum intelligentes Leben entstanden ist.

Aber ein großes Problem blieb. Denn die Entfernungen im Universum sind so groß, dass es für intelligentes Leben unmöglich erscheint, sich von einem Sonnensystem zum anderen zu bewegen. Denken Sie nur daran, dass der nächste Nachbar unserer Sonne, Proxima Centauri, 4,25 Lichtjahre oder 40,208 Milliarden Kilometer entfernt ist. Es würden also Raumschiffe benötigt, die sich mit extremer Geschwindigkeit bewegen könnten, wenn wir uns jemals begegnen würden.

Viele ungelöste Phänomene

Seit dem mythischen „Ereignis“ in Roswell im Jahr 1947 ist die Zahl der Bücher, Filme und Dokumentationen über Besuche aus dem All explodiert. Im vergangenen Jahr erhielt das Interesse durch die Veröffentlichung eines Berichts des US-Verteidigungsministeriums Pentagon einen neuen Schub. Hier konnten US-Behörden 144 sogenannte UAPs (Unidentified Aerial Phenomena, Pentagons Bezeichnung für UFOs) belegen, die Militärpiloten seit 2004 gemeldet hatten. Bei 143 von ihnen ging es um Objekte in der Luft, die sich so verhielten und nicht sofort erklärbar waren.

Einige der gemeldeten UAPs sind auf Videos zu sehen, die zuerst geleakt und später vom Pentagon bestätigt wurden. Eines der bemerkenswertesten trägt den Namen „Go-Fast“ und zeigt ein Objekt vor der Küste Floridas, das von der Infrarotkamera „eingefangen“ wird, die an der Kanone eines F/A-18-Kampfjets angebracht ist. Auf der Aufnahme ist die Stimme des Piloten deutlich zu hören.

Die Aufregung über den Bericht war groß, denn würde er nun bestätigen, dass die Erde von außerirdischen Planeten besucht wurde? Das war nicht der Fall – aber auch nicht ausgeschlossen.

Wenn es jetzt möglich ist ...
Dieser Artikel zielt auch nicht darauf ab, festzustellen, ob wir auf der Erde von Leben von anderen Planeten besucht wurden oder ob es irgendwo in der Milchstraße oder anderen Galaxien intelligentes Leben gibt. Aber wenn wir jetzt davon ausgehen, dass uns jemand besucht hat, oder wenn wir selbst eines Tages unser Sonnensystem verlassen und uns auf die Suche nach einem neuen Planeten ins All begeben – wie kann man sich das dann vorstellen?

Diese Frage haben wir Troels Harmark gestellt, außerordentlicher Professor am dänischen Niels-Bohr-Institut und Leiter der Sektion für Theoretische Teilchenphysik und Kosmologie. Und obwohl Harmark persönlich ein großer Fan von Science-Fiction ist, sowohl in Filmen als auch in Büchern, haben wir versprochen, dass er in der Frage der Besuche aus dem All nicht Stellung beziehen muss.

Stattdessen wird er versuchen, eine Perspektive auf die Raumfahrt mit Überlicht-Geschwindigkeit, dh dass man schneller als Licht reist, und anderen Geschwindigkeiten zu geben.

Wir brauchen eine Einheit oder einen Motor, der in der Lage ist, auf extreme Geschwindigkeiten zu beschleunigen, wenn es Sinn machen soll, sich über die enormen Entfernungen im Universum zu bewegen - und hier entsteht das Problem. Denn Einsteins spezielle Relativitätstheorie besagt, dass man kein Objekt auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann – geschweige denn darüber –, da dies unendlich viel Energie erfordern würde. Und außerdem wird die Zeit stehen bleiben.

- So sieht die Physik gerade aus. Aber wenn wir uns Einsteins Gleichungen für die Allgemeine Relativitätstheorie ansehen, spricht eigentlich nichts dagegen, dass sich Teilchen schneller bewegen als Licht – der Übergang ist das Problem, erklärt Harmark.

Tatsächlich gab es vor einigen Jahren Gerüchte, dass Überlicht-Partikel im Neutrino-Detektor des CERN am Gran-Sasso-Observatorium in Italien entdeckt worden seien. Dies wurde jedoch später als Fehlmessung widerlegt.

Es ist also eine theoretische Möglichkeit, sich schneller als Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, und wir werden darauf später zurückkommen, da es etwas exotischere Betrachtung / Überlegungen erfordert.

Negative Energie
Wie sieht es mit einem extrem schnellen Transport im Weltraum mit Geschwindigkeiten knapp unter Licht aus? Hier müssen wir uns wieder Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zuwenden, denn es geht darum, wie sich die Raumzeit in Bezug darauf krümmt, wie viel Energie und Materie zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden sind. Mit der Relativitätstheorie ist es tatsächlich (theoretisch) möglich zu berechnen, wie sich ein Raumschiff in der Raumzeit bewegen kann und wie viel Energie es braucht.

Die Idee hinter dem ursprünglichen Warp-Antrieb, die 1994 von Miguel Alcubierre vorgebracht wurde, wird hier in zwei Dimensionen gezeigt. Die Idee ist, dass die Raumzeit vor einem Schiff kontrahiert und hinter dem Schiff verlängert wird. Abbildung: Miguel Alcubierre

1994 veröffentlichte der mexikanische Physiker Miguel Alcubierre einen Artikel, in dem er einen sogenannten "Warpantrieb" vorschlug, dh eine Einheit, die etwas mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen könnte. Die Idee war, dass die Raumzeit vor dem Schiff zusammengezogen und hinten verlängert wurde. Auf diese Weise könnte das Schiff auf einer Raum-Zeit-Welle "reiten".

Die Lösung stand nicht im Widerspruch zur allgemeinen Relativitätstheorie, aber das Problem des Alcubierre-Antriebs, wie er genannt wurde, war, dass zur Erzeugung der Raumwelle enorme Mengen an negativer Energie benötigt wurden – und so etwas gibt es nicht im bekannten Universum.

Enormer Energieverbrauch
2021 veröffentlichten die Physiker Alexey Bobrick und Gianni Martire einen Artikel, der in der Welt der Physik für Aufsehen gesorgt hat: „Introducing physical warp drives“. Die beiden Wissenschaftler haben ein Modell für ein Raumschiff entwickelt, bei dem das gesamte Raumschiff – das sich in einer Materie- und Energieblase befindet – Einsteins allgemeine Relativitätsgleichung ausgleicht, jedoch ohne die Notwendigkeit negativer Energie.

Man kann es sich wie ein Auto vorstellen, dessen Körper nicht nur aus einem Material (Metall) besteht, sondern auch aus genügend Energie, um eine „Raum-Zeit-Blase“ zu erzeugen. Außerhalb und innerhalb der Blase ist die Raumzeit flach, während die Krümmung der Raumzeit in der Hülle selbst stattfindet.

- Wo Alcubierre sagte, dass das Schiff Skylight-Geschwindigkeiten erreichen könne, lehnt der neue Artikel dies vollständig ab. Das sei natürlich viel langweiliger als ein richtiger Warp-Antrieb à la Star Trek, aber bei sonst gleichen Bedingungen gebe es durchaus interessante Berechnungen, sagt Harmark.

Als Bonus sollte der Warpantrieb von Bobrick und Martire keine negative Energie verbrauchen, wie der Antrieb von Alcubierre. Der Energieverbrauch ist enorm, aber es ist positive Energie, wie wir sie kennen.

Nach diesen neuen Ideen werden die Menschen im Schiff keine Beschleunigung erfahren und sich in sehr kurzer Zeit über extreme Entfernungen bewegen können – selbst wenn es sich um Lichtgeschwindigkeiten handelt.

- Vielleicht erleben sie es als ein paar Stunden, um zum nächsten Stern zu gehen - der Nachteil ist jedoch, dass die Zeit auf der Erde weiter vergeht, also wenn Passagiere eine Reise nach Proxima Centauri als ein paar Stunden erleben, wird es immer noch so sein 4,25 Lichtjahre auf der Erde, sagt Harmark und bezieht sich auf die Position von Proxima Centauri, die 4,25 Lichtjahre von uns entfernt ist.

So stellen sich die beiden Forscher Alexey Bobrick und Gianni Martire vom Advanced Propulsion Physics Laboratory (auch Eagleworks Laboratories genannt) der NASA vor, dass sich ein Warp-Antrieb bauen lässt. Die Krümmung der Raumzeit besteht aus drei Bereichen: einem asymmetrischen, flachen Außenbereich (D out), einem stationären Bereich (D Warp) mit kugelförmiger Topologie und einem flachen Innenbereich (D in), der als Passagierraum bezeichnet werden kann . Realisiert werden soll dies durch eine Hülle aus einem exotischen Material mit negativer Energiedichte, die die D-Kette umschließt. Abbildung: Eagleworks

Gelten die Gesetze der Physik?
Aber was ist mit Überlichtgeschwindigkeiten? Weil es nicht so lustig ist, 100 Jahre auf die Rückkehr eines Raumschiffs vom nächsten Nachbarstern warten zu müssen. Hier müssen wir noch unbekanntere Gewässer betreten, sagt Harmark. Denn können wir grundsätzlich sicher sein, dass die physikalischen Gesetze, die wir jetzt kennen, Bestand haben?

- Im Moment sprechen wir zum Beispiel viel über dunkle Materie, und die meisten Wissenschaftler sind sich einig, dass dunkle Materie tatsächlich existiert, unter anderem aufgrund von Beobachtungen rotierender Galaxien. Aber es gibt auch wildere Ideen, bei denen behauptet wird, dass dunkle Materie nicht wirklich existiert und dass wir stattdessen die Schwerkraft modifizieren müssen, was bedeutet, dass Einsteins Relativitätstheorie nicht korrekt ist, sagt er.

Noch wilder wird es, wenn wir anfangen, über dunkle Energie zu sprechen, wo Physiker noch nicht einmal eine Theorie haben:

- Soweit wir wissen, besteht das Universum zu 5 Prozent aus sichtbarer Materie, zu 27 Prozent aus dunkler Materie und zu 68 Prozent aus dunkler Energie plus etwas Strahlung. Aber vielleicht gibt es unbekannte Teilchen, die mit der Schwerkraft interagieren, aber nicht mit den anderen Naturkräften, sagt Harmark.

Ein weiteres wildes Gebiet, das am CERN entdeckt wurde, ist die Theorie virtueller Teilchen, die entstehen und verschwinden, ohne dass sie registriert werden können:

- Auch wenn es verrückt klingt, darüber sind sich Physiker einig. Vielleicht gibt es sogar eine kleine Möglichkeit, dass negative Energie tatsächlich existiert. All dies werde der Physik viele neue Möglichkeiten eröffnen, sagt Harmark.

Immer noch suchend
Wenn wir also das Niels-Bohr-Institut verlassen und eine Reise zurück in die UAP / UFO-Welt und den Pentagon-Bericht unternehmen, liefern die Vorstellungen der Physiker über Warpantrieb und extreme Geschwindigkeiten keine Antwort darauf, warum Kampfpiloten, Radaroperatoren und anderes Militärpersonal da sind 2004 haben offenbar 144 Phänomene beobachtet, von denen nur eines eine natürliche Erklärung hat.

Deshalb können wir uns heute ebenso wie die Physiker von Los Alamos im Jahr 1950 fragen:

Wenn die Möglichkeit intelligenten Lebens im Universum vorhanden ist, warum sind wir ihm dann noch nicht begegnet? Und die Antwort könnte durchaus lauten, dass die Sterne einfach zu weit voneinander entfernt sind und dass noch niemand einen funktionierenden Warpantrieb erfunden hat.

Dennoch hat das US-Verteidigungsministerium angekündigt, dass eine weitere Arbeitsgruppe eingerichtet wurde, um alle nicht identifizierten Flug-Phänomene zu untersuchen, die in den US-Luftraum eindringen – im Volksmund immer noch UFOs genannt.

Dieser Artikel wurde zuerst auf Ingeniøren veröffentlicht.

Quelle: TU Teknisk Ukeblad Media AS Oslo