Der Mensch wird immer von der Sehnsucht nach dem Unbekannten getrieben, er hat sogar einen speziellen Neurotransmitter – Dopamin, der als chemischer Motivator für das Erlangen von Informationen dient. Das Gehirn benötigt ständig einen Strom neuer Daten, und selbst wenn diese Daten zum Überleben nicht erforderlich sind – es hat sich so ergeben, dass der Mechanismus vorhanden ist und es eine Sünde wäre, ihn nicht zu nutzen.
In dem folgenden Artikel möchte ich wissenschaftlich-fantastische Methoden skizzieren, um zu fernen Sternen und Galaxien zu reisen, die gegenwärtig im Rahmen wissenschaftlicher Theorien und Hypothesen verfügbar sind.
Angesichts des Kosmos erscheinen die meisten menschlichen Angelegenheiten unbedeutend, ja gar lächerlich. Carl Sagan, 1980.
Jeder Mensch hat zumindest einmal im Leben am warmen Sommerabend den Kopf in den Himmel gehoben und die Sterne betrachtet. Die Tiefe des Kosmos zieht an und erweckt Ehrfurcht, einige nur für kurze Zeit, andere für ein Leben lang.
Was gibt es dort? Gibt es dort Leben? Und welche Wunder könnten auf diesen unzähligen Welten sein?
Natürlich gibt es nur einen Weg, dorthin zu reisen und es herauszufinden – sich durch Raum-Zeit zu diesen fernen Sternen, Planeten, Nebeln und sogar – GALAXIEN zu bewegen.
Aber leider ist die Zeit nicht die richtige. Das einzige, was unsere Technologien der Bewegung erreicht haben, ist nicht weit über die Grenzen des Sonnensystems hinaus, dank der automatischen Sonden des Projekts "Voyager", von denen 1977 ins All geschickt wurde!
Aber um ernsthaft über andere Welten zu reden, benötigen wir eine Geschwindigkeit, die mindestens der Lichtgeschwindigkeit entspricht, idealerweise sogar überlichtschnell ist.
Was steht im Weg?
Das ist ganz einfach – es sind lediglich die Gesetze der Physik, und zwar fundamentale.
Das Gesetz der Kausalität
Die Sache ist die, dass die Folge nicht der Ursache vorausgehen kann. Niemand hat jemals beobachtet, dass zum Beispiel zuerst eine Ente tot zu Boden fiel und dann der Jäger schoss. Bei Geschwindigkeiten, die C übersteigen, wird die Reihenfolge der Ereignisse umgekehrt, der Zeitstrahl wird zurückgespult. Das lässt sich leicht durch die folgende einfache Argumentation nachvollziehen.
Angenommen, wir befinden uns auf einem Raumschiff, das schneller als das Licht fliegt. Dann würden wir allmählich das Licht einholen, das von einer Quelle in immer früheren Zeitpunkten ausgestrahlt wurde. Zunächst würden wir die Photonen einholen, die, sagen wir, gestern ausgestrahlt wurden, dann die, die vorgestern ausgestrahlt wurden, dann die, die vor einer Woche, einem Monat, einem Jahr usw. ausgestrahlt wurden. Wenn die Lichtquelle ein Spiegel wäre, der das Leben reflektiert, würden wir zunächst die Ereignisse des gestrigen Tages sehen, dann die des vorgestern und so weiter. Wir könnten, sagen wir, einen alten Mann sehen, der sich allmählich in einen Mann mittleren Alters verwandelt, dann in einen jungen Mann, in einen Teenager, in ein Kind… Das heißt, die Zeit würde sich umkehren, wir würden uns von der Gegenwart in die Vergangenheit bewegen. Ursachen und Wirkungen würden vertauscht werden.
Die Grenzen des Alten Albert
Neben dem Problem der Kausalität stellte die Natur noch strengere Bedingungen: Es ist unmöglich, sich nicht nur mit Überlichtgeschwindigkeit zu bewegen, sondern auch mit einer Geschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht – man kann sich ihr nur nähern. Aus der Relativitätstheorie folgt, dass bei erhöhter Geschwindigkeit drei Umstände auftreten: die Masse des sich bewegenden Objekts nimmt zu, seine Größe in Bewegungsrichtung verringert sich und die Zeit auf diesem Objekt verläuft langsamer (aus der Sicht eines äußeren "ruhenden" Beobachters). Bei normalen Geschwindigkeiten sind diese Änderungen vernachlässigbar, aber je näher man der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto deutlicher werden sie, und im Grenzfall – bei einer Geschwindigkeit, die C entspricht – wird die Masse unendlich groß, das Objekt verliert vollständig seine Größe in Bewegungsrichtung, und die Zeit hört auf zu vergehen.Deshalb kann kein materielles Objekt die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Nur das Licht selbst hat eine solche Geschwindigkeit! (Und auch das "allgegenwärtige" Teilchen – das Neutrino, das wie das Photon nicht mit einer Geschwindigkeit unter C reisen kann.
Im Allgemeinen gibt es abgesehen von dem, was oben beschrieben wurde, viele Probleme, beispielsweise bei annähernd Lichtgeschwindigkeit: Bei einer Kollision eines Objekts mit 1 kg Masse mit einem Sandkorn wird so viel Energie freigesetzt, dass man 10.000 Tonnen Stahl in eine Sekunde in Dampf verwandeln könnte. Wenn man dies mit der tatsächlichen Masse eines Raumschiffs vergleicht, wäre die Explosionskraft gleich oder würde die Kraft der nuklearen Prozesse, die auf der Sonne stattfinden, übersteigen.
Der Kluge geht nicht den Berg hinauf, der Kluge umgeht den Berg, denn es gibt Gesetze dafür, die man brechen kann... Ich mache nur Spaß, die Gesetze kann man nicht brechen, aber die wissenschaftliche Fiktion (und fast wissenschaftliche) bietet uns Möglichkeiten der Fortbewegung, die es ermöglichen, die Prinzipien der Relativitätstheorie zu umgehen.
Methoden für überlichtschnelle Bewegungen im Raum-Zeit-Kontinuum
Einstein-Rosen-Brücken
, auch bekannt als Wurmlöcher, sind wohl die bekanntesten Mittel für interstellare Reisen - und wahrscheinlich existieren sie tatsächlich. Die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein sagte die Existenz von Wurmlöchern voraus, obwohl es bisher noch nicht gelungen ist, sie zu entdecken.
Einfach ausgedrückt ist eine Einstein-Rosen-Brücke ein Tunnel im Raum, der durch die Verformung von Raum und Zeit entsteht. Massive Objekte wie Sterne oder Schwarze Löcher krümmen Raum und Zeit, so wie eine Bowlingkugel ein Trampolin krümmt. Ein ausreichend massives Objekt kann den Raum-Zeit-Kontinuum so stark krümmen, dass es eine Verbindung zwischen zwei Punkten schafft, die im normalen Zustand weit voneinander entfernt sind.
Stellen Sie sich ein Blatt Papier und zwei Punkte darauf vor. Sie müssen von einem Punkt zum anderen gelangen, und wenn Sie sich streng an der Oberfläche des Papiers bewegen, wird diese "Reise" eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen. Wenn Sie jedoch das Blatt so falten, dass die Punkte übereinstimmen, und an dieser Stelle mit einem Bleistift durchstechen, können Sie mit dem Bleistift, der als Tunnel (oder Brücke) dient, die Entfernung zwischen den Punkten erheblich verkürzen.
Der Eingang zu einem Wurmloch wurde oft als der Eingang zu einem Tunnel dargestellt, was im Hinblick auf den Namen sinnvoll ist. Aber das ist eine falsche Vorstellung. In dem Film "Interstellar" wird dieser Moment korrekt dargestellt – aus der Perspektive eines Betrachters im dreidimensionalen Raum sollte ein Wurmloch wie eine Kugel aussehen.
Wurmlöcher sind eine verlockende Methode zur Durchführung interstellarer Bewegungen, da sie nicht erfordern, dass Sie die Lichtgeschwindigkeit überschreiten. Die Physik sagt uns, dass nichts schneller als das Licht bewegt werden kann. Aber mit Wurmlöchern können enorme interstellare Distanzen überwunden werden, ohne dieses Gesetz zu brechen.
Warp-Antrieb
Warp, die FTL-Technologie, die derzeit in die Realität umgesetzt werden. Der Warp ist zu Recht als die realistischste Methode der Fortbewegung über Lichtgeschwindigkeit von allen bekannten zu betrachten. Lassen wir ihn vorerst auch noch in Formeln auf Papier existieren. Es geht um .
Das Funktionsprinzip ergibt sich aus der Möglichkeit, die spezielle Relativitätstheorie zu umgehen, die postuliert, dass nichts im Raum schneller als Licht reisen kann. Der „Trick“ besteht darin, dass dieses Postulat nicht auf den Raum selbst anwendbar ist, der sich aufgrund unterschiedlicher Einflüsse wie gravitativen Feldern zusammenziehen und dehnen kann. Der Warp-Antrieb komprimiert den Raum vor dem Raumschiff und dehnt ihn hinter dem Raumschiff aus, wodurch die Blase gewöhnlichen Raums zusammen mit dem Schiff nach vorne bewegt wird.
Im Star Trek-Universum erreichen solche Antriebe ziemlich bescheidene Geschwindigkeiten im Vergleich zu 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 eine Menge weiße Flecken und unerforschte Bereiche.
Hyperspace
Vor nicht allzu langer Zeit wurden detaillierte experimentelle vom Raumfahrzeug WMAP über die Unregelmäßigkeiten der Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung veröffentlicht, die eines der Hauptobjekte der Beobachtung bei der Untersuchung unseres Universums ist. Bei der Analyse dieser Daten wurde eine große Anomalie im angularen Verteilungsmuster der Fluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung auf niedrigen Harmoniken entdeckt. Eine der Erklärungen für dieses Phänomen war die Theorie, dass die Topologie unseres Universums von einer dreidimensionalen Ebene oder einer Kugel abweicht. Betrachtet man die Topologie unseres Universums als einen Ikosaeder, stimmen die theoretischen Berechnungen ziemlich genau mit den experimentellen Daten überein.
Eine topologisch komplexe, flache dreidimensionale Universum kann nur auf der Grundlage von Würfeln, Quadern und sechseckigen Prismen aufgebaut werden. Im Fall von gekrümmtem Raum verfügt eine breitere Klasse von Figuren über solche Eigenschaften. Die in dem Experiment WMAP erhaltenen Winkel-Spektren stimmen am besten mit dem Modell des Universums überein, das die Form eines Dodekaeders hat." Michail Prochorow, Doktor der physikalisch-mathematischen Wissenschaften, leitender Wissenschaftler am Institut für Relativistische Astrophysik der Staatlichen Astronomischen Universität Sternberg.
Daher deuten Theorien, die auf praktischen Daten zur Hintergrundstrahlung basieren, auf die Möglichkeit der Existenz eines Hyprraums des Universums hin, in dem unser begrenztes Universum vorhanden ist. Allerdings benötigt man, selbst wenn der Hyprraum existiert, einen speziellen Antrieb, um sich in diesem Raum zu bewegen.
Stellen Sie sich vor, vor Ihnen liegt ein Tal und Sie müssen einen Punkt hinter dem Tal erreichen. Da Sie sich nur auf einer flachen Oberfläche (in zwei-dimensionalem Raum) bewegen können, müssen Sie entweder das Hindernis umfahren oder ins Tal hinabsteigen, es durchqueren und dann wieder hinaufsteigen. Wenn Sie jedoch ein Flugzeug zur Verfügung haben, das sich im dreidimensionalen Raum bewegen kann, gelangen Sie direkt an Ihr Ziel.
Im Grunde genommen hat der Hyprraum eine von der normalen dreidimensionalen Raum-Metrik abweichende Metrik, und die Bewegung darin ähnelt der Bewegung durch einen Wurmlochtunnel, wobei die Tunnel nicht nur einen, sondern mehrere Punkte verbinden, die in den normalen dreidimensionalen Raum münden. Darüber hinaus wird sich die Bewegung im Hyprraum visuell von der Bewegung in einem Wurmloch unterscheiden (im Gegensatz zu gängigen Illustrationen), da die dreidimensionale Struktur des Universums den Reisenden auf dem Hyprraum-Weg "umhüllt". Ich denke, wenn dies möglich ist, wäre der Anblick wahrhaft faszinierend — sichtbare Sterne, Nebel oder ganze galaktische Cluster entfalten sich und ziehen sich, während sie ihr Farbpalette im Verlauf des Kosmologischen Rotverschiebung (?).
Die Idee der überlichtschnellen Fortbewegung wurde meiner Meinung nach im Film "Kontakt" von 1997 (basierend auf dem Roman von Carl Sagan, der Film erhielt den Hugo-Preis und belegte den 2. Platz in der Liste der glaubwürdigsten Science-Fiction-Filme laut NASA) erfolgreich umgesetzt. Darin erstellt eine Station, deren Pläne durch ein Signal einer außerirdischen Zivilisation empfangen wurden, die von der Protagonistin des Films aufgefangen wurde, Manipulationen mit exotischer Energie und "lässt" somit eine Kabine mit einem Menschen durch den inneren Raum einer Sphäre hindurch. Nach Ansicht vieler wird die Kabine in das Hyperraum abtauchen, in einen bereits geschaffenen "Tunnel". Es stellte sich heraus, dass es diese Tunnel in der gesamten Galaxie en masse gibt und dass sie alle von einer viel älteren Zivilisation erschaffen wurden. Das sind die Worte eines Vertreters der Rasse, deren Signal die Protagonistin des Films aufgefangen hat. So sieht's aus, Leute. Persönlich gehört dieser Film zu meinen Favoriten. Aber wie die Praxis zeigt, gefällt er nicht jedem.
Nichtmaterielle Teleportation
Wir wissen, dass die am weitesten verbreitete Erklärung für Teleportation die sofortige Bewegung eines materiellen Objekts im Raum über beliebige Distanzen ist.
In diesem Kontext könnte man auch Wurmlöcher verwenden, aber darüber haben wir bereits gesprochen, daher wollen wir über einen grundsätzlich anderen Weg reden.
Uns interessiert die Teleportation von Informationen über eine Substanz, bis hin zum quantitativen Abbild ihres Zustands.
Der Prozess verläuft ungefähr folgendermaßen: Ihr Körper wird von einer Station an Punkt A erfasst, die Sie bis auf subatomare Teilchen und deren quantitativen Zustand scannt, und dann wird Ihre Kopie digitalisiert. Danach wird der quantitative Zustand als ein einziger Datenstrom über Standardkommunikationskanäle übertragen. Aber hier gibt es ein Problem – das Verbot der überlichtschnellen Datenübertragung laut SRT. Anderseits, wenn die Wissenschaft die Existenz hypothetischer Teilchen beweist, die eine negative oder imaginäre Ruhemasse besitzen, wie Tachyonen, könnte die Information über das Objekt mit überlichtschneller Geschwindigkeit übertragen werden. Vielleicht sogar mit Hilfe von Gravitationswellen (?). Danach wird am Punkt B der Mensch auf quantitativer Ebene rekonstruiert und voila – er befindet sich bereits am Zielort. Überlegungen zur "Seele", die in Station A zerstört wurde, lasse ich aus, da ich Atheist bin und dies nicht in Betracht ziehe (sorry).
Diese Methode ist gut, da für die Quanten-Teleportation eines materiellen Objekts keine Krümmung von Raum und Zeit erforderlich ist und kein enormes Energiewunder benötigt wird. Das Problem liegt natürlich in der anfänglichen Lieferung der Anlage, die das Objekt an Punkt B reproduzieren wird. Aber es kann auch auf längeren Wegen geliefert werden, die nicht auf ein oder mehrere menschliche Leben beschränkt sind.
Masse Null
Alle Raumschiffe im Mass Effect-Universum nutzen in irgendeiner Weise das Null-Element, das den Masseneffekt erzeugt, indem es entweder die Masse der Objekte um sich herum verringert oder erhöht. So gelingt es, die Relativitätstheorie zu drehen und die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten.
Gewöhnliche Reisen zwischen Planeten und nahen Sternen erfolgen mit Hilfe von FTL-Antrieben, die lediglich die Masse des Schiffes verringern können. Für interstellare Reisen über lange Strecken werden Mass Relay verwendet – riesige Stationen, die um dichte Kerne aus Null-Elementen gebaut sind. Relays sind normalerweise an ein oder mehrere andere Relays gebunden und können einen Korridor schaffen, in dem die Masse praktisch verschwindet und das Schiff fast augenblicklich tausende Lichtjahre entfernt transportiert.
Geschlossene zeitähnliche Kurven
Die letzte Form der überlichtschnellen Bewegung, die wir betrachten werden, scheint auf den ersten Blick die am wenigsten wissenschaftliche zu sein.
Seit 55 Jahren erzählt die Serie „Doctor Who“ von den Abenteuern des Doktors und seiner/ihrer menschlichen Begleiter durch Zeit und Raum. Welche Transportmittel nutzten sie? Die große blaue Telefonzelle, bekannt als TARDIS (engl. TARDIS – Zeit und relative Dimension im Raum), die sie an jeden Ort und zu jeder Zeit transportieren kann, die sie sich wünschen.
Die TARDIS wurde (oder besser gesagt, gezüchtet) von der alten Rasse der „Zeit Lords“ und ist magischer als die Technologie des „Mass Effect“. Wie der Doktor selbst erklärte, ist sein Transportmittel „ein wackeliger, wattiger zeitlicher Kram“. Es scheint so, dass es bei einer Reise in der TARDIS eine gewisse Verzögerung gibt – sie ist näher am Hyperantrieb als am Teleporter. Aber im Grunde verschwindet die TARDIS hier, fliegt durch einen „zeitlichen Strudel“ und erscheint dort. Das ist alles, was du wirklich wissen musst.
Oder nicht? Es stellt sich heraus, dass die TARDIS sogar mehr theoretische Grundlage hat als der Hyperspace.
Im Jahr 2013 veröffentlichten die Physiker Benjamin K. Tippett und David Tsang ein Dokument, das die theoretischen Grundlagen für die Schaffung einer echten Zeitmaschine vorschlug, d.h. einen Weg, um in die eigene Vergangenheit zu reisen. Der Artikel hieß „Traversable Achronal Retrograde Domains In Spacetime“ (beachten Sie die Abkürzung).
Tippett und Tsang beschreiben einen Zeitreisenden, der sich in einer Raum-Zeit-Blase befindet, die in eine (im Wesentlichen dasselbe wie die Einstein-Rosen-Brücke) eintritt. Innerhalb dieser Kurve kann der Reisende überall auf seiner eigenen Zeitachse reisen, während die Zeit innerhalb der Blase anscheinend ganz normal verläuft.
Die beiden Physiker schlugen sogar vor, dass zeitähnliche Kurven geteilt und verbunden werden können, was die Möglichkeit eröffnet, nicht nur entlang der eigenen Zeitachse, sondern überall in Zeit und Raum zu reisen.
Das scheint alles zu sein, was ich Ihnen anbieten konnte.
Sicherlich habe ich etwas übersehen oder sogar ins Fantastische übertrieben. Ich warte also auf Ihre Versionen in den Kommentaren.
Quelle: habr.com
