Mittwoch, 8. Juli 2015

Science Wriction: Interstellare Reisen - Einmal kurz nach Beteigeuze und zurück

Wer kennt es nicht? Ein Blogger schreibt einen Artikel und beginnt diesen mit einer rhetorischen Frage, dabei interessiert man sich eigentlich doch nur dafür, wie man dieses verdammte Problem mit den Distanzen löst, die im Universum so allgegenwärtig nerven.


Die meisten unter euch werden wissen, dass interstellare Distanzen keine Katzensprünge sind. Schon bis zu unserem nächsten Nachbar „Proxima Centauri“ sind es ca. 4,2 Lichtjahre. Ein Lichtjahr ist die Distanz, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, was ungefähr 9,5 Billionen Kilometern entspricht. Jetzt würde einem Autor die Distanz selbst noch keine Steine in den Weg legen, doch leider herrscht im gesamten Universum eine strikte Geschwindigkeitsbegrenzung. Nichts, was eine Ruhemasse besitzt, darf die Lichtgeschwindigkeit erreichen und da Menschen selbst eine Ruhemasse besitzen, über deren Höhe wir jetzt mal gar nicht diskutieren, ist es für einen Menschen völlig unmöglich, so schnell wie das Licht zu werden. Das Licht braucht Jahre für interstellare Distanzen, von intergalaktischen Reisen wollen wir gar nicht erst anfangen.

Ich möchte hier nun einige Möglichkeiten vorstellen, mit denen man diese Barriere umgehen könnte. Versteht sie weniger als Richtlinien, da ich mir sicher bin, dass es noch viele gibt, an die ich gar nicht gedacht habe, sondern als Anstoß.


Aushebelung der Naturgesetze

Zunächst zur unelegantesten Lösung, die mir eingefallen ist. Euer Universum könnte einfach einige Naturkonstanten etwas oder viel höher setzen. Die Lichtgeschwindigkeit könnte sogar unendlich hoch sein. Das wäre sogar durchaus interessant, wenn man es konsequent durchsetzt. Welche Folgen hätte eine unendlich hohe Lichtgeschwindigkeit? Nun, zunächst wäre der Sternenhimmel sehr sehr sehr hell. Uns erreicht mit unserer endlichen Lichtgeschwindigkeit nur ein Bruchteil des Lichts aller Sterne, da die meisten so weit weg sind, dass ihr Licht uns noch nicht erreicht hat. GPS würde nicht mehr funktionieren, da die Funktionsweise dieses Systems auf der endlichen Lichtgeschwindigkeit basiert. Es würde auch noch mehr Folgen geben und viele wären eher unangenehm, einige würden vermutlich verhindern, dass Leben existieren kann, aber das kann man zwecks des Gedankenexperiments ausnahmsweise getrost ignorieren. Außerdem würde die unendliche Lichtgeschwindigkeit zwar die theoretische Grenze aushebeln, es würde allerdings immer noch enorme Energien brauchen, um diese Geschwindigkeiten zu erreichen.

 

Mit Star Trek zum Erfolg

In der berühmten Kultserie „Star Trek“ wird die physikalische Geschwindigkeitsbegrenzung durch den sogenannten Warpantrieb ausgehebelt. Der Warpantrieb sorgt dabei gar nicht direkt für Geschwindigkeiten, die die Lichtgeschwindigkeit überschreiten, sondern verkürzt die wahnwitzigen Strecken, indem er Raum und Zeit verbiegt. Leider ist nicht gesichert, ob und wie genau das möglich sein könnte. Sicher ist allerdings, dass auch hier enorme Energiemengen benötigt würden. In Star Trek werden diese durch eine Materie-Antimaterie-Reaktion bereitgestellt. In der Realität dürfte selbst das nicht ausreichen. Bisher sind alle Überlegungen bezüglich des Warpantriebs rein theoretischer Natur, also lasst eurer Kreativität freien Lauf.


Da ist doch der Wurm drin

Wurmlöcher scheinen, nachdem die anderen Methoden so viele Probleme aufweisen, wunderbare Transportmittel zu sein. Wurmlöcher sind theoretische Konstrukte, die zwei beliebig entfernte Punkte in Raum und Zeit miteinander verbinden. Sie wurden erstmals von Albert Einstein und Nathan Rosen theoretisiert, weshalb sie ursprünglich „Einstein-Rosen-Brücken“ hießen. Das Problem hierbei ist leider, dass man dafür mindestens ein schwarzes Loch braucht, das ja an sich schon nicht gerade als ungefährlich zu bezeichnen ist. Zudem deutet alles darauf hin, dass diese bisher absolut theoretischen Konstrukte, sollten sie denn irgendwo entstehen, so instabil sind, dass kaum Zeit bleibt, eine Reise durch sie anzutreten.

 

Kryogenik und Lorentzkontraktion

Nach all den etwas holprigen Methoden kommen hier die beiden, die ich für die realistischsten halte. Kryogenik sieht man zum Beispiel in „Avatar-Aufbruch nach Pandora“, sie wird aber auch in vielen anderen Science-Fiction-Filmen und Romanen verwendet. Die Methode basiert auf der Idee, menschliche Körper in einer Art Tiefschlaf zu versetzen, in der sie nicht oder nur minimal altern, und nur ein Minimum an Energie benötigen. Dadurch ist es möglich, sehr große Distanzen zu überbrücken, ohne dass man es mit Problemen wie Nahrungsversorgung, Sauerstoffmangel oder Inzucht zu tun bekommt. (Da man ohne Kryogenik unter Umständen mehrere Generationen von Astronauten „produzieren“ muss, damit am Ende noch jemand lebt).

Den heiligen Gral der interestellaren Reisen liefert allerdings die Invarianz und Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit, die diese Reisen ja gleichzeitig so erschwert. Ohne auf die genauen Details der Formel eingehen zu wollen, wobei ich euch auf Nachfrage gerne Beispiele durchrechnen oder die Formel herleiten würde, gibt es einen Zusammenhang in der speziellen Relativitätstheorie, der sich Lorentzkontraktion nennt. Die Lorentzkontraktion sorgt dafür, dass sich für einen, relativ zu anderen Objekten, sehr schnell bewegten Beobachter, die Strecken dieser Objekte entlang der Geschwindigkeitsrichtung kontrahieren. Das bedeutet, dass es mit annähernder Lichtgeschwindigkeit nach Proxima Centauri nicht mehr 4,2 Lichtjahre, sondern nur noch ein Lichtjahr sein könnte oder weniger. Aus Sicht der Erde würde ein Raumschiff, das sich mit dieser Geschwindigkeit gen Proxima Centauri bewegt, übrigens immer noch 4,2 Jahre unterwegs sein. Das liegt an der sog. Zeitdilatation. Aus Sicht des Raumschiffs allerdings wäre die Strecke wirklich kürzer und die Astronauten würden folglich eine „humanere“ Zeitspanne erleben. Die Erklärung der Zeitdilatation wäre allerdings wieder einen ganz eigenen Artikel wert, den ich auch schreiben würde, wenn denn Interesse bestünde.

Das Problem mit dem gigantischen Energieaufwand verbleibt leider und da kommt ihr ins Spiel.

Challenge: Entwickelt eure eigene, physikalisch korrekte Form des interstellaren Reisens und denkt euch eine plausible Energiequelle für diese Zwecke aus.


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Gastautor: Florian - seine Facebookseite.

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