Metin Tolan erklärt Star Trek
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»Dies sind die Abenteuer des
Raumschiffs Enterprise...«

Dienstag, 10. Mai 2016 von Piper Verlag


Warum braucht man den Warp-Antrieb?

Impuls-Antriebe, also Antriebe die auf dem Rückstoßprinzip beruhen, sind ungeeignet, um die gigantischen Distanzen zwischen den Sternen unserer Milchstraße zu überbrücken. Sie sind viel zu ineffizient, und heutzutage schaffen wir Maximalgeschwindigkeiten von etwa 0,1 Promille der Lichtgeschwindigkeit. Man kann sich nicht vorstellen wie mit diesen chemischen Antrieben auch nur ein Zehntel, also 10 Prozent, der Lichtgeschwindigkeit erreicht werden kann. Mit dieser Geschwindigkeit würde es zwar immer noch etwa 40 Jahre dauern, um zum nächsten Stern zu reisen. Aber immerhin könnte man es dann innerhalb eines Menschenlebens realisieren. Selbst mit utopisch anmutenden Kernfusionsantrieben würde diese Reise immer noch 20 Jahre in Anspruch nehmen.

Trotzdem kann man bei Science Fiction Serien wie STAR TREK natürlich immer argumentieren, dass bis zum 22. Jahrhundert ja noch etwas Zeit vergeht und bis dahin sicher noch einiges erfunden werden wird. Vielleicht werden Supertreibstoffe entdeckt, die man mit bisher ungeahnten Geschwindigkeiten nach hinten ausstoßen kann, oder es werden neuartige Ionenantriebe konzipiert, bei denen die Energie aus der Kernfusion gewonnen und in einen Vortrieb für das Raumschiff verwandelt wird. Wir reden ja über Science Fiction und nicht über das, was heute geht. Trotzdem ist STAR TREK eine Serie, bei der Wert darauf gelegt wird, dass die Naturgesetze nicht zu stark „verbogen“ werden. Daher wollen wir erst einmal die Frage beantworten, warum immer der Warp-Antrieb eingeschaltet werden muss, wenn man die gigantischen Distanzen zwischen den Sternen überbrücken möchte und dies nicht einfach mit einem „sehr schnellen“ Impuls-Antrieb gemacht wird

Angenommen es gäbe also keine technischen Beschränkungen beim Bau von Rückstoßantrieben. Dann gibt es aber immer noch das kosmische Tempolimit, das durch die Spezielle Relativitätstheorie gegeben ist. Schneller als mit Lichtgeschwindigkeit kann man sich prinzipiell nicht bewegen. Also kann der beste Impuls-Antrieb maximal eine Geschwindigkeit von c also von 300000 Kilometern pro Sekunde erreichen. Mehr geht nicht. Dies ist dann aber auf den ersten Blick ein sehr großes Problem, denn die Distanzen im Universum sind ja riesig. Der nächste Fixstern Proxima Centauri ist vier Lichtjahre von uns entfernt. Selbst mit diesem allerbesten Impuls-Antrieb würde eine Reise zu unserem Nachbarstern damit vier Jahre dauern, oder? Dies würde dann natürlich mächtig das Tempo aus den STAR TREK Serien rausnehmen. Wir sehen, dass selbst der schnellste Impuls-Antrieb nicht schnell genug ist.

Aber das ist nicht ganz richtig, denn für das durch die Relativitätstheorie verursachte kosmische Tempolimit und den damit auf den ersten Blick verbundenen sehr langen Reisezeiten hat die Relativitätstheorie auch eine Lösung parat. Wir haben schon gesehen, dass der Preis, den man in der Relativitätstheorie für das kosmische Tempolimit zahlen muss, darin besteht, dass die Zeit nicht mehr absolut und unveränderlichabläuft. Es stellt sich nun heraus, dass in einem bewegten Raumschiff die Zeit langsamer verläuft im Vergleich zu einem unbewegten Beobachter. Damit ist der objektive Zeitablauf gemeint, also auch der Ablauf, der uns beispielsweise altern läßt. Dieser Effekt macht sich aber nur dann bemerkbar, wenn die Geschwindigkeit des Raumschiffs nahe der Lichtgeschwindigkeit ist. Bei normalen „irdischen“ Geschwindigkeiten von Autos, Zügen, Flugzeugen oder auch unserer schnellsten Raketen und Sonden, die man bisher in der Weltraum geschossen hat, sind die Geschwindigkeiten so klein im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit, dass sich Änderungen im Zeitablauf nicht bemerkbar machen. Aber angenommen wir hätten einen Impuls-Antrieb konstruiert, mit dem man 99,9996 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen könnte. Wenn wir uns mit diesem Antrieb auf die Reise nach Proxima Centauri machen und immer Vollgas geben würden, dann würden wir bei der Ankunft feststellen, dass unsere Uhr nicht vier Jahre für die Reisezeit anzeigt, sondern nur vier Tage! Dieser Effekt wird relativistische Zeitdilatation genannt. Das bedeutet nun aber, dass die gigantischen Entfernungen im Universum plötzlich doch für Raumschiffe überbrückbar werden, indem sie fast mit Lichtgeschwindigkeit reisen und somit die Zeit stark verlangsamt abläuft. Es geht also doch mit einem super Impuls-Antrieb. Wozu braucht man dann den Warp-Antrieb bei STAR TREK, wenn es ein Impuls-Antrieb auch tut?

Alles wäre in der Tat kein Problem, wenn die Enterprise lediglich zu fernen Sternsystemen aufbrechen und niemals zurückkehren würde. Dann könnte sie mit einem super Impuls-Antrieb reisen und würde aufgrund der Zeitdilatation auch die gigantischen Entfernungen im Kosmos in kurzer Zeit zurücklegen können. Das Problem entsteht aber, wenn die Enterprise wieder zurück zur Erde reisen möchte. Angenommen sie ist von der Erde losgeflogen und war 4 Tage lang mit 99,9996 Prozent der Lichtgeschwindigkeit unterwegs, um Proxima Centauri zu untersuchen. Dort angekommen stellt die Crew fest, dass es ziemlich langweilig ist und reist umgehend wieder mit 99,9996 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zurück zur Erde. Auch das dauert 4 Tage. Insgesamt ist die Crew dann 8 Tage unterwegs. Aber auf der Erde ist die Zeit normal weitergelaufen, und dort sind inzwischen 8 Jahre vergangen. Das ist das Problem! In der Relativitätstheorie ist es unter dem Namen „Zwillingsparadoxon“ bekannt. Man beläßt dabei einen Zwilling auf der Erde und schickt den anderen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf die Reise. Bei seiner Rückkehr ist er dann deutlich jünger als sein auf der Erde verbliebener Bruder. Wegen des durch die Zeitdilatation verursachten Zwillingsparadoxons würde sich die Enterprise nach jeder Reise irgendwo in der Zukunft befinden. Diejenigen, die die Enterprise auf eine Mission in die tiefsten Tiefen des Weltraums geschickt haben, wären bei ihrer Rückkehr sicher schon viele Jahre tot. Es würde also ein völliges Zeitchaos entstehen, bei dem eine Crew, die auf eine Mission geschickt wird, jedes Mal weit in die Zukunft katapultiert wird. Eine zentral regierte Föderation, wie sie bei STAR TREK zu sehen ist, könnte so natürlich niemals existieren. Man sieht also, dass dem Antrieb der Enterprise eine fundamentale Rolle zukommt, denn er bestimmt über die Existenz der Föderation der Planeten. Um eine solche Föderation aufrecht zu erhalten, muss es einen Antrieb für die Raumschiffe geben, der die oben genannten Zeitverzerrungen vermeidet. Genau dies leistet der Warp-Antrieb. Mit dem Warp-Antrieb können also die riesigen Entfernungen im Weltall zügig überbrückt werden, ohne dass es zum Zwillingsparadoxon kommt. Die Zeit läuft damit für alle gleich ab. Wer allerdings bei STAR TREK diese „Einheitszeit“ festlegt, an der sich alle zu orientieren haben, wird in den Serien nicht geklärt. Es muss aber trotzdem so etwas wie einen „Hüter der Zeit“ geben, denn bei STAR TREK darf der Impuls-Antrieb nur bis zu einer Maximalgeschwindigkeit von einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit eingesetzt werden, weil anderenfalls die Zeitverzerrungen für die Reisenden zu groß werden. Wenn die Enterprise schneller unterwegs sein will, dann muss sie den Warp-Antrieb einschalten

Über Metin Tolan

Metin Tolan, 1965 geboren, hat als Kind die Enterprise mit Lego nachgebaut. Ob das Universum wirklich so groß ist wie in der Kultserie »Star Trek«, wollte er genau wissen und wurde Professor für Experimentelle Physik an der Technischen Universität Dortmund. Seit Jahren macht er sich einen Namen als Deutschland bekanntester Physikerklärer, 2013 erhielt er den Communicator-Preis. Seine Bücher »Geschüttelt, nicht gerührt« und »So werden wir Weltmeister« über die Physik in James-Bond-Filmen und beim Fußballspiel wurden zu Bestsellern. In »Titanic« erklärt er, was das berühmteste Passagierschiff der Welt mit einer Ente gemeinsam hat - und warum es sinken musste. 

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