Der Mensch wird stets von der Neugier auf das Unbekannte angetrieben, und er hat sogar einen speziellen Neurotransmitter – Dopamin, der als chemischer Motivator für den Erhalt von Informationen dient. Das Gehirn benötigt ständig einen Fluss neuer Daten, und selbst wenn diese Informationen nicht für das Überleben notwendig sind – es hat sich nun einmal so ergeben, dass dieser Mechanismus existiert und man ihn nutzen sollte.
In dem folgenden Artikel möchte ich die wissenschaftlich-fantastischen Methoden skizzieren, um ferngelegene Sterne und Galaxien zu erreichen, die gegenwärtig im Rahmen wissenschaftlicher Theorien und Hypothesen verfügbar sind.
Vor dem Angesicht des Kosmos erscheinen die meisten menschlichen Angelegenheiten unbedeutend, ja fast trivial. Carl Sagan, 1980
Jeder Mensch hat mindestens einmal im Leben seinen Kopf an einem warmen Sommerabend in die Höhe gehoben und die Sterne beobachtet. Die Tiefe des Kosmos zieht an und erweckt Ehrfurcht – manche nur kurz, andere für ein ganzes Leben.
Was gibt es dort? Gibt es dort Leben? Und welche Wunder können auf diesen unzähligen Welten verborgen sein?
Natürlich ist der einzige Weg, dorthin zu gelangen und es herauszufinden, in den Raum-Zeit-Kontinuum zu reisen zu diesen fernen Sternen, Planeten, Nebeln und sogar – GALAXIEN.
Aber leider – die Zeit ist nicht so. Der einzige Ort, bis zu dem unsere Reisetechnologien gelangt sind, liegt nur kurz außerhalb des Sonnensystems, dank der automatischen Sonden des Projekts „Voyager“, von denen 1977 gestartet wurde!
Doch um ernsthaft über andere Welten zu sprechen, benötigen wir Geschwindigkeiten, die mindestens Lichtgeschwindigkeit entsprechen, idealerweise sogar Überlichtgeschwindigkeit.
Was hindert uns?
Hier ist es einfach – es sind nur die Gesetze der Physik, und zwar fundamentale.
Das Kausalitätsgesetz
Das Wesentliche ist, dass die Folge die Ursache nicht überholen kann. Niemand hat jemals beobachtet, dass zum Beispiel zuerst eine Ente tot zu Boden fällt und dann der Jäger schießt. Bei Geschwindigkeiten, die die Lichtgeschwindigkeit überschreiten, wird die Reihenfolge der Ereignisse umgekehrt, die Zeit läuft rückwärts. Das lässt sich leicht aus der folgenden einfachen Überlegung erkennen.
Stellen Sie sich vor, wir befinden uns auf einem Raumschiff, das sich schneller als das Licht bewegt. Dann würden wir allmählich dem Licht nachjagen, das von einer Quelle zu immer früheren Zeitpunkten ausgestrahlt wird. Zuerst würden wir die Photonen einholen, die, sagen wir, gestern ausgestrahlt wurden, dann die von vorgestern, dann die von vor einer Woche, einem Monat, einem Jahr und so weiter. Wenn die Lichtquelle ein Spiegel wäre, der das Leben reflektiert, würden wir zuerst die Ereignisse des letzten Tages sehen, dann die von vorgestern und so weiter. Wir könnten beispielsweise einen alten Mann sehen, der allmählich zu einem Mann mittleren Alters wird, dann zu einem jungen Mann, einem Jugendlichen, einem Kind… Das heißt, die Zeit würde sich zurückdrehen, wir würden uns vom Jetzt in die Vergangenheit bewegen. Ursachen und Wirkungen würden vertauscht werden.
Die Grenzen des alten Albert
Neben dem Problem der Kausalität stellt die Natur noch strengere Bedingungen: Es ist unmöglich, sich nicht nur mit Überlichtgeschwindigkeit, sondern auch mit Lichtgeschwindigkeit zu bewegen – man kann sich ihr nur nähern. Aus der Relativitätstheorie folgt, dass bei Erhöhung der Geschwindigkeit Es gibt drei Umstände, die Bewegungen hervorrufen: die Masse des sich bewegenden Objekts nimmt zu, seine Größe in Bewegungsrichtung verringert sich und die Zeit vergeht langsamer für dieses Objekt (aus der Sicht eines externen, "stillstehenden" Beobachters). Bei gewöhnlichen Geschwindigkeiten sind diese Veränderungen vernachlässigbar, aber mit Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit werden sie immer spürbarer, und im Grenzfall — bei einer Geschwindigkeit, die C entspricht — wird die Masse unendlich groß, das Objekt verliert vollständig die Größe in Bewegungsrichtung und die Zeit auf ihm hält an. Deshalb kann kein materieller Körper die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Nur das Licht selbst verfügt über diese Geschwindigkeit! (Ebenso wie das " überall durchdringende" Teilchen — Neutrino, welches, ähnlich wie das Photon, nicht langsamer als C reisen kann.)
Abgesehen von den oben beschriebenen Problemen gibt es viele weitere, zum Beispiel wird bei einem Zusammenstoß eines 1 kg schweren Körpers mit einem Sandkorn eine solche Energiemenge freigesetzt, dass 10.000 Tonnen Stahl in einer Sekunde in Dampf verwandelt werden können. Vergleicht man dies mit der tatsächlichen Masse eines Raumschiffes, würde die Explosionskraft der von den Kernprozessen auf der Sonne erzeugten Energie gleich oder sogar höher sein.
Doch der Schlaue geht den Berg um, denn Gesetze sind dazu da, um sie zu brechen... nur ein Scherz, die Gesetze können Sie nicht brechen, aber die Wissenschafts- und Fantasy-Literatur bietet uns Möglichkeiten für Bewegungen, die es erlauben, die Prinzipien der Relativitätstheorie zu umgehen.
Methoden für überlichtschnelle Bewegungen im Raum-Zeit-Kontinuum
Einstein-Rosen-Brücken
, auch bekannt als Wurmlöcher oder Kriechkanäle, sind wohl die bekanntesten Mittel für interstellare Reisen – und sehr wahrscheinlich existieren sie tatsächlich. Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein hat die Existenz von Wurmlöchern vorhergesagt, obwohl sie bislang nicht nachgewiesen werden konnten.
Einfach ausgedrückt ist die Einstein-Rosen-Brücke ein Tunnel im Raum, der durch die Verformung der Raum-Zeit entsteht. Massive Objekte wie Sterne oder schwarze Löcher krümmen Zeit und Raum, ähnlich wie eine Bowlingkugel ein Trampolin verformt. Ein ausreichend massives Objekt kann die Raum-Zeit so stark krümmen, dass es eine Verbindung zwischen zwei weit voneinander entfernten Punkten schafft.
Stellen Sie sich ein Blatt Papier vor und zwei Punkte darauf. Sie müssen von einem Punkt zum anderen gelangen, und wenn Sie sich strikt auf der Oberfläche des Papiers bewegen, wird diese "Reise" einige Zeit in Anspruch nehmen. Wenn Sie das Blatt jedoch so falten, dass die Punkte übereinstimmen, und es an dieser Stelle mit einem Stift durchstechen, können wir das Gewicht des Stifts als Tunnel (oder Brücke) nutzen, um die Entfernung zwischen den Punkten erheblich zu verkürzen.
Der Zugang zu einem Wurmloch wird oft als Eingang zu einem Tunnel dargestellt, was in Anbetracht des Namens Sinn macht. Doch diese Vorstellung ist irreführend. Im Film "Interstellar" wird dieser Moment richtig gezeigt – aus der Perspektive eines Beobachters im dreidimensionalen Raum sollte ein Wurmloch wie eine Kugel aussehen.
Wurmlöcher sind eine verlockende Methode für interstellare Reisen, da sie nicht verlangen, dass man die Lichtgeschwindigkeit überschreitet. Die Physik sagt uns, dass nichts schneller als das Licht reisen kann. Aber mit Wurmlöchern kann man gewaltige interstellare Distanzen zurücklegen, ohne gegen dieses Gesetz zu verstoßen.
Warp-Antrieb
Warp, die FTL-Technologie, die derzeit hat, Wirklichkeit zu werden. Warp kann mit Fug und Recht als die realistischste Methode bezeichnet werden, um schneller als das Licht zu reisen, von allen bekannten. Auch wenn sie bis jetzt nur als Formeln auf Papier existiert. Es geht um .
Das Funktionsprinzip beruht auf der Möglichkeit, die spezielle Relativitätstheorie zu umgehen, die postuliert, dass nichts im Raum schneller als Licht reisen kann. Der "Schleichweg" besteht darin, dass diese Annahme nicht auf den Raum selbst zutrifft, der sich durch unterschiedliche Einflüsse, wie zum Beispiel ein Gravitationsfeld, zusammenziehen und ausdehnen kann. Der Warp-Antrieb komprimiert den Raum vor dem Schiff und dehnt ihn hinter dem Schiff aus, wodurch die Blase des normalen Raums zusammen mit dem Schiff vorwärts bewegt wird.
In der Star-Trek-Universum erreichen solche Antriebe recht bescheidene Geschwindigkeiten im Vergleich zu den Standards der Science-Fiction – die Reisen der Enterprise waren auf einen Sektor der Galaxie in der Nähe des Sonnensystems (~1500 Lichtjahre) beschränkt, dauerten Jahre und hinterließen zahlreiche weiße Flecken und unerforschte Gebiete.
Hyperspace
Vor nicht allzu langer Zeit erschienen detaillierte experimentelle Die Daten vom WMAP-Satelliten über die Inhomogenitäten der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung, die eines der Hauptbeobachtungsobjekte bei der Erforschung unseres Universums ist. Bei der Analyse dieser Daten wurde eine signifikante Anomalie in der Winkelverteilung der Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung bei niedrigen Harmonischen festgestellt. Eine der Erklärungen für dieses Phänomen ist die Theorie, dass die Topologie unseres Universums von einer dreidimensionalen Ebene oder Kugel abweicht. Bei der Betrachtung der Topologie unseres Universums als einen Dodekaeder stimmen die theoretischen Berechnungen eng mit den experimentellen Daten überein.
"Eine topologisch komplexe flache dreidimensionale Universum kann nur auf der Basis von Würfeln, Quadern und sechseckigen Prismen aufgebaut werden. Im Falle von gekrümmtem Raum hat eine breitere Klasse von Figuren solche Eigenschaften. Dabei stimmen die in dem Experiment WMAP erhaltenen Winkel-Spektren am besten mit einem Universum-Modell überein, das die Form eines Dodekaeders hat." Michail Prochorow, Doktor der physikalisch-mathematischen Wissenschaften, leitender Wissenschaftler der Abteilung für Relativistische Astrophysik des Staatlichen Astronomischen Instituts Sternberg.
Die Möglichkeit der Existenz von Hyperspace, in dem unser begrenztes Universum existiert, wird durch Theorien gestützt, die auf praktischen Daten über die kosmische Hintergrundstrahlung basieren. Doch selbst wenn Hyperspace existiert, benötigt man einen speziellen Antrieb, um sich in diesem Raum zu bewegen.
Stellen Sie sich ein Tal vor, und Sie müssen einen Punkt hinter dem Tal erreichen. Da Sie sich nur auf einer ebenen Fläche (in 2-dimensionalem Raum) bewegen können, müssen Sie entweder das Hindernis umgehen oder ins Tal hinunter, es überqueren und dann wieder hinaufsteigen. Wenn Sie jedoch ein Flugzeug zur Verfügung haben, das sich im 3-dimensionalen Raum bewegen kann, gelangen Sie direkt zu Ihrem Ziel.
Im Grunde hat der Hyperraum eine andere Metrik als der normale 3-dimensionale Raum, und die Bewegung darin ähnelt der Bewegung in einem Wurmloch, wobei jedoch die Tunnel nicht nur einen, sondern mehrere Punkte verbinden, die in den normalen 3-dimensionalen Raum führen. Darüber hinaus wird sich die reelle Bewegung im Hyperraum visuell von der Bewegung in einem Wurmloch unterscheiden (widersprechend den verbreiteten Darstellungen), da die dreidimensionale Struktur des Universums den Reisenden innerhalb des hyperdimensionalen Pfades 'umhüllt'. Ich denke, wenn das möglich ist, wäre es ein wahrhaft atemberaubender Anblick – sichtbare Sterne, Nebel oder ganze galaktische Cluster – die sich langsam entfalten und dehnen und dabei die Farbpalette im Verlauf der Verschiebung in die kosmologische Rotverschiebung verändern (?).
Meiner Meinung nach wurde die Idee der Überlichtgeschwindigkeit im Film „Contact“ aus dem Jahr 1997 (basierend auf dem Roman von Carl Sagan, der mit dem Hugo Award ausgezeichnet wurde. Er belegte den 2. Platz in der Liste der glaubwürdigsten Science-Fiction-Filme laut NASA) erfolgreich umgesetzt. In diesem Film wird eine Anlage beschrieben, deren Pläne durch ein Signal von einer außerirdischen Zivilisation erhalten wurden, das die Protagonistin des Films empfangen hat. Diese Anlage manipuliert exotische Energie und ermöglicht somit das „Durchdringen“ einer Kabine mit einem Menschen durch den inneren Raum einer Sphäre. Offensichtlich fiel die Kabine in den Warp-Raum, in einen bereits geschaffenen „Tunnel“. Es stellte sich heraus, dass es in der ganzen Galaxie unzählige dieser Tunnel gibt, die von einer älteren Zivilisation erschaffen wurden. Das sagte jedenfalls ein Vertreter der Rasse, deren Signal die Protagonistin empfangen hat. So sieht es aus, Leute. Persönlich gehört dieser Film zu meinen Favoriten. Aber wie die Erfahrungen zeigen, nicht jedem gefällt er.
Nichtmaterielle Teleportation
Wir wissen, dass die am weitesten verbreitete Erklärung für Teleportation die sofortige Bewegung eines materiellen Objekts im Raum über beliebige Entfernungen ist.
In diesem Kontext kann man auch Wurmlöcher verwenden, aber darüber haben wir bereits gesprochen. Daher konzentrieren wir uns auf einen grundlegend anderen Ansatz.
Uns interessiert die Teleportation von Informationen über Materie, einschließlich eines quantenmechanischen Abbilds des Zustands.
Der Prozess verläuft ungefähr folgendermaßen: Ihr Körper wird in der Anlage an Punkt A positioniert, wo er bis hinunter zu den subatomaren Teilchen und ihrem quantenmechanischen Zustand gescannt wird, und dann wird Ihre Kopie digitalisiert. Danach wird der quantenmechanische Zustand in einem kontinuierlichen Fluss über die Standardkommunikationskanäle übertragen. Doch hier gibt es ein Problem – das Verbot der Überlichtgeschwindigkeit bei der Datenübertragung gemäß der speziellen Relativitätstheorie. Allerdings, wenn die Wissenschaft die Existenz hypothetischer Teilchen mit negativer oder imaginärer Ruhemasse, wie beispielsweise Tachyonen, nachweisen kann, könnte die Information über ein Objekt mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen werden. Vielleicht sogar durch Gravitationswellen (?). Anschließend wird die Person an Punkt B auf quantenmechanischem Niveau rekonstruiert, und voilà – sie ist am Ziel angekommen. Die Überlegungen dazu, ob die „Seele“, die in Anlage A zerstört wurde, dabei eine Rolle spielt, lasse ich außen vor, da ich Atheist bin und dies nicht berücksichtige (sorry).
Diese Methode ist vorteilhaft, da für die Quanten-Teleportation eines materiellen Objekts keine Krümmung von Raum und Zeit erforderlich ist und kein enormes Energiemenge aufgebracht werden muss. Die Herausforderung besteht jedoch in der ursprünglichen Lieferung der Einrichtung, die das Objekt am Punkt B reproduzieren wird. Aber dies kann auf längere Weise erfolgen, die nicht auf ein oder mehrere Menschenleben beschränkt sind.
Massenreset
Alle Raumschiffe im Universum von Mass Effect nutzen irgendwie das Null-Element, das den Effekt der Masse erzeugt, indem es entweder die Masse der Objekte um sich herum verringert oder erhöht. So gelingt es, die Relativitätstheorie zu manipulieren und die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten.
Regelmäßige Reisen zwischen Planeten und nahen Sternen erfolgen mithilfe von FTL-Antrieben, die lediglich die Masse des Raumschiffs reduzieren können. Für interstellare Flüge über große Entfernungen werden Masse-Relais verwendet – riesige Stationen, die um dichte Kerne aus Element Null gebaut sind. Relais sind gewöhnlich mit einem oder mehreren anderen Relais verbunden und können einen Korridor schaffen, in dem die Masse praktisch verschwindet und das Raumschiff nahezu instantan tausende Lichtjahre weit transportiert wird.
Geschlossene zeitähnliche Kurven.
Die letzte Form der Überlichtgeschwindigkeit, die wir betrachten werden, erscheint auf den ersten Blick am wenigsten wissenschaftlich.
Seit 55 Jahren erzählt die Serie „Doctor Who“ von den Abenteuern des Doktors und seiner/ihrer menschlichen Begleiter durch Zeit und Raum. Welches Fortbewegungsmittel nutzten sie? Eine große blaue Box, bekannt als TARDIS (kurz für Time and Relative Dimension in Space), die sie an jeden Ort und in jede Zeit transportieren kann, die sie sich nur wünschen.
Die von der alten Rasse der „Zeitlords“ erbauten (oder eher gezüchteten) TARDIS sind magischer als die Technologie des „Mass Effect“. Wie der Doktor selbst erklärte, ist sein Transportmittel eine „schaukelnde, wackelige Zeitmaschine“. Es scheint, dass es bei der Bewegung in der TARDIS eine Art Verzögerung gibt – sie ist eher einem Hyperantrieb als einem Teleporter ähnlich. Im Grunde genommen verschwindet die TARDIS hier, fliegt durch den „Zeitwirbel“ und erscheint dort. Das ist alles, was Sie wirklich wissen müssen.
Oder etwa nicht? Es stellt sich heraus, dass die TARDIS sogar mehr theoretische Grundlagen hat als der Hyperraum.
Im Jahr 2013 veröffentlichten die Physiker Benjamin K. Tippett und David Tsang ein Dokument, das theoretische Grundlagen für die Schaffung einer echten Zeitmaschine, d.h. einen Weg, in die eigene Vergangenheit zu reisen, vorschlug. Der Artikel trug den Titel „Traversable Achronal Retrograde Domains In Spacetime“ (schauen Sie sich das Akronym an).
Tippett und Tsang beschreiben einen Zeitreisenden, der sich in einer Blase durch die Raum-Zeit befindet, die in eine (im Wesentlichen ähnlich wie die Einstein-Rosen-Brücke). Innerhalb dieser Kurve kann der Reisende zu jederzeit auf seiner eigenen Zeitachse reisen, während die Zeit im Inneren der Blase anscheinend wie gewohnt vergeht.
Zwei Physiker haben sogar angenommen, dass zeitenartige Kurven getrennt und verbunden werden können, was die Möglichkeit eröffnet, nicht nur auf Ihrer eigenen Zeitachse, sondern überall in Zeit und Raum zu reisen.
Nun, das ist alles, was ich Ihnen anbieten konnte.
Sicherlich habe ich etwas übersehen oder sogar ins Fantastische übertrieben. Ich freue mich auf Ihre Versionen in den Kommentaren.
Quelle: habr.com
