Neue Forschungsergebnisse gehen „mutig“ dorthin, wo Physiker noch nie zuvor waren, und legen nahe, was mit dem Weltraum um einen ausgefallenen Warp-Antrieb geschehen wird.
Science-Fiction-Fans sind mit dem Konzept eines „Warp-Antriebs“ nur allzu vertraut, einem Gerät, das es Raumfahrzeugen ermöglicht, sich mit Geschwindigkeiten über Licht oder sogenannten „hyperoptischen“ Geschwindigkeiten zu bewegen. Es wird üblicherweise beschrieben, dass diese Geräte in der Lage sind, das eigentliche Gefüge von Zeit und Raum oder Raumzeit zu manipulieren. Allerdings dürften selbst begeisterte Science-Fiction-Fans überrascht sein, dass es auch in der realen Wissenschaft einige theoretische Überlegungen zu Warp-Antrieben gibt. Das bekannteste Beispiel hierfür ist der vom mexikanischen Physiker Miguel Alcubierre erfundene „Torsionsantrieb“.
Darüber hinaus hat ein Team der Queen Mary University of London, der Cardiff University, der Universität Potsdam und dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik herausgefunden, dass wir Raumschiffe, die tatsächlich überlichtschnelle Deformationsmotoren verwenden, durch winzige Partikel erkennen könnten Wellen in der Raumzeit, sogenannte „Gravitationswellen“, die entstehen würden, wenn diese Motoren kollabieren würden.
„Obwohl Torsionsmotoren rein theoretisch sind, haben sie eine genau definierte Beschreibung in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, sodass numerische Simulationen es uns ermöglichen, die Auswirkungen zu untersuchen, die sie haben könnten“, sagte Teamleiterin Katie Clow von der Queen Mary University of London in einer Erklärung . auf die Raumzeit in Form von Gravitationswellen.
Bezogen auf: Laut einer neuen Studie könnten „Warp-Antriebe“ eines Tages möglich sein
Science-Fiction versus wissenschaftliche Tatsache
Biegemotoren in der Science-Fiction und der realen Wissenschaft haben ihre Wurzeln normalerweise in der Gravitationstheorie von Albert Einstein, die als allgemeine Relativitätstheorie bekannt ist. Die 1915 eingeführte Allgemeine Relativitätstheorie legt nahe, dass Objekte mit Masse eine Krümmung des vierdimensionalen Gefüges der Raumzeit bewirken. Aus dieser Krümmung resultieren die Gravitationseffekte, die wir erleben.
Je größer die Masse eines Objekts ist, desto größer ist die Krümmung des Raums, die es erzeugt, und desto größer ist daher seine Gravitationswirkung. Licht und andere Objekte mit Masse müssen sich um die komplexe Krümmung des Raums bewegen.
Die Allgemeine Relativitätstheorie legt auch nahe, dass die Beschleunigung von Objekten dazu führt, dass die Raumzeit mit Gravitationswellen „resoniert“. Allerdings haben Objekte im Planetenmaßstab, etwa ein beschleunigendes Auto, eine zu geringe Masse, um große Gravitationswellen zu erzeugen. Allerdings erzeugen massereiche Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne, die einander in Doppelsternsystemen umkreisen und schließlich kollidieren, Gravitationswellen, die hier auf der Erde nachgewiesen werden können.
Klug und seine Kollegen weisen darauf hin, dass auch Warp-Triebwerke Gravitationswellen aussenden könnten, insbesondere wenn sie ausfallen.
Darüber hinaus stützte Einstein die allgemeine Relativitätstheorie auf seine spezielle Relativitätstheorie von 1905; Die Grundlage der speziellen Relativitätstheorie ist, dass sich nichts mit Masse schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann.
Das bedeutet, dass Science-Fiction-Autoren Umstände einführen müssen, die es ermöglichen, diese Regel zu brechen oder zumindest leicht zu verdrehen, um Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit in Betracht ziehen zu können. In DC-Comics zum Beispiel gibt es außerhalb der Raumzeit ein weit verbreitetes Feld namens Speed Force, das Wally West oder Flash die Energie gibt, die nötig ist, um dem Licht (und Superman, wenn Sie mich fragen) zu entkommen.
In Star Trek ermöglicht exotische Materie mit negativer Masse der USS Enterprise, sich mit Überlichtgeschwindigkeit oder „Warp-Geschwindigkeit“ fortzubewegen, indem sie eine Warp-Blase um das Schiff herum erzeugt, in der die Raumzeit vor dem Schiff gekrümmt und komprimiert wird streckte sich dahinter. Das bedeutet, dass die USS Enterprise die Raumzeit selbst krümmt und verzerrt und somit im Gegensatz zur Flash und ihrer Speed Force nicht gegen Einsteins Regeln der speziellen Relativitätstheorie verstößt.
Dieses Team untersuchte, was passieren würde, wenn eine Warp-Blase wie die in Star Trek kollabierte oder wenn dieses hypothetische Konzept sie nicht eindämmen würde. Dazu erstellten sie zunächst eine digitale Simulation der Raumzeit.
Die Forscher fanden heraus, dass ein solches Ereignis einen Ausbruch von Gravitationswellen mit einer höheren Frequenz erzeugen würde als das „Zwitschern“ von Raumzeitwellen, die entstehen, wenn binäre Schwarze Löcher oder Neutronensterne kollidieren und verschmelzen.
So wie manches Licht zu hochfrequent ist, um von unseren Augen gesehen zu werden, wären diese hochfrequenten Gravitationswellenausbrüche außerhalb der Fähigkeit von Interferometern wie dem Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), sie zu erkennen.
Zukünftige Gravitationswellendetektoren könnten sie jedoch möglicherweise erkennen.
„In unserer Studie war die ursprüngliche Form der Raumzeit die von Alcubierre beschriebene Krümmungsblase“, sagte Teammitglied Sebastian Khan von der Universität Cardiff. „Während wir zeigen konnten, dass es prinzipiell möglich ist, mit zukünftigen Detektoren ein beobachtbares Signal zu finden.“ , dies „Nicht genug, um die zukünftige Hardware-Entwicklung voranzutreiben, angesichts des spekulativen Charakters der Arbeit.“
Das Team fand außerdem heraus, dass ein Zusammenbruch des Warpantriebs abwechselnd Wellen „negativer Energiematerie“ und dann Wellen positiver Energie aussenden würde. Wenn diese Wellen mit gewöhnlicher, nicht exotischer Materie interagieren, würde dies Wissenschaftlern eine weitere Möglichkeit bieten, nach ausgefallenen Warp-Antrieben zu suchen.
Das Team möchte nun untersuchen, wie sich das Gravitationswellensignal ändert, wenn man andere Modelle von Biegemotoren berücksichtigt, und welche Folgen der Kollaps hat, der bei Reisen mit Geschwindigkeiten über der Lichtgeschwindigkeit auftritt.
Natürlich ist das alles nur Spekulation, wenn auch berechtigt und mathematisch fundiert, da es keine wirklichen Beweise dafür gibt, dass Warp-Antriebe existieren können. Dies bedeutet jedoch nicht, dass diese Ergebnisse keine Anwendung finden.
„Für mich ist der wichtigste Aspekt der Studie die Neuheit der präzisen Modellierung der Raum-Zeit-Dynamik negativer Energie und die Möglichkeit, die Techniken auf physikalische Situationen auszudehnen, die uns helfen können, die Entwicklung und den Ursprung unseres Universums besser zu verstehen.“ sagte Teammitglied Tim Dietrich vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in der Erklärung.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in veröffentlicht Offenes Journal für Astrophysik.
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