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Unter einem Warp Antrieb englisch to warp verzerren krummen versteht man einen hypothetischen Antriebsmechanismus der Reisen mit Uberlichtgeschwindigkeit durch gezieltes Krummen der Raumzeit ermoglicht Warp Antriebe sind in verschiedener Ausfuhrung aus der Science Fiction Literatur bekannt wo sie Voraussetzung fur interstellare Raumfahrt sind Die Vereinbarkeit dieses Antriebskonzepts mit der allgemeinen Relativitatstheorie ist umstritten In der physikalischen Fachliteratur wird diese Moglichkeit diskutiert wobei die Autoren zu unterschiedlichen Ergebnissen gelangen Inhaltsverzeichnis 1 Warp Antrieb in der Science Fiction 1 1 Hintergrund 1 2 Begriffsgeschichte 2 Theorien zur Machbarkeit eines uberlichtschnellen Antriebs 2 1 Raumzeit in der Relativitatstheorie 2 2 Die Theorie des Warp Antriebs nach Alcubierre und van den Broeck 2 3 Forschung der NASA Breakthrough Propulsion Physics Project 2 4 Forschung des Advanced Propulsion Laboratory 3 Experimente 4 Literatur 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseWarp Antrieb in der Science Fiction BearbeitenHintergrund Bearbeiten Die Schauplatze von Science Fiction Erzahlungen befinden sich oft in Planetensystemen Nebeln oder Galaxien die viele Lichtjahre voneinander entfernt sind Um die Handlung schlussig darzustellen wird eine Antriebsart benotigt die Reisen uber astronomisch grosse Entfernungen in einer nach menschlichen Massstaben kurzen Zeit ermoglicht Dazu ist eine Fortbewegung mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit notwendig was aber nach den Aussagen der Relativitatstheorie dem heute allgemein anerkannten und vielfach experimentell bestatigten Stand der Wissenschaft unmoglich ist Unter anderem folgt aus der Relativitatstheorie dass fur eine so schnelle Fortbewegung unendlich viel Energie benotigt wurde und dass die Reisenden sich aus Sicht eines Dritten der zum Beispiel am Ankunftsort auf sie wartet ruckwarts durch die Zeit bewegen wurden sie kamen fruher an als sie losgeflogen sind Unter diesen Umstanden waren in den fiktiven Erzahlungen keine konsistenten Handlungen mehr moglich Der Warp Antrieb lost dieses Dilemma gemass Darstellung in der Science Fiction Literatur indem er statt einer Bewegung durch Raum und Zeit die Raumzeit selbst so verandert dass ein Raumschiff in relativ kurzer Zeit extrem grosse Entfernungen zurucklegt ohne sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt zu haben So lasst er die fiktiven Handlungen plausibel erscheinen Begriffsgeschichte Bearbeiten Der Science Fiction Autor Gene Roddenberry griff fur seine Fernsehserie Star Trek auf das Konzept des Warp Antriebs zuruck um die Bewaltigung grosser Entfernungen zu anderen Sternensystemen zu beschreiben Warp Antrieb bei Star Trek Der Begriff ist heute in der Science Fiction allgemein bekannt wird aber je nach Autor unterschiedlich ausgelegt Auch wenn das Konzept eines die Raumzeit verzerrenden Antriebs heute allgemein mit Star Trek assoziiert wird ist die grundlegende Idee alter So beschrieb bereits Chester S Geier in seinem 1948 erschienenen Roman The Flight of the Starling einen ahnlichen Antrieb dort als Warp Generator bezeichnet The warp generators create a warp in space around the ship a moving ripple in the fabric of space Die Warp Generatoren erzeugen eine Krummung im Raum rund um das Schiff herum eine sich bewegende Welle in der Struktur des Raums Auch Stephen Baxters Roman Die letzte Arche beschreibt die Verwendung eines Warp Antriebs Die Protagonisten erzeugen dort mit mehreren Kilogramm Antimaterie ein winziges Taschenuniversum das jedoch aus der Perspektive der Raumschiffbesatzung einen Durchmesser von mehreren hundert Metern hat Theorien zur Machbarkeit eines uberlichtschnellen Antriebs BearbeitenRaumzeit in der Relativitatstheorie Bearbeiten In der allgemeinen Relativitatstheorie wird die Gravitation auf geometrische Eigenschaften der Raumzeit zuruckgefuhrt Diese Eigenschaften werden durch die Einsteingleichungen beschrieben R m n 1 2 g m n R 8 p G c 4 T m n displaystyle R mu nu frac 1 2 g mu nu R frac 8 pi G c 4 T mu nu nbsp Hierbei ist G displaystyle G nbsp die klassische Gravitationskonstante c displaystyle c nbsp die Lichtgeschwindigkeit und R m n displaystyle R mu nu nbsp der Ricci Tensor Weiterhin ist R displaystyle R nbsp der Krummungsskalar und g m n displaystyle g mu nu nbsp der metrische Tensor Letzterer enthalt die Metrik der Raumzeit und induziert ein Abstandsmass Die Quelle des Gravitationsfeldes ist der Energie Impuls Tensor T m n displaystyle T mu nu nbsp Die Theorie des Warp Antriebs nach Alcubierre und van den Broeck Bearbeiten nbsp Veranschaulichung der Warp Metrik nach AlcubierreEin Warp Antrieb musste das Raumzeitgebiet um ein Raumschiff herum derart verandern dass der Abstand zwischen Start und Zielpunkt verringert wird Die Raumzeit musste in Reiserichtung gestaucht und nach Passage des Schiffs wieder expandiert werden Diese Veranderungen der Raumzeit durch Gravitationswellen mussten mit Uberlichtgeschwindigkeit geschehen und das Raumschiff wurde in dieser Warp Blase mitreisen Theoretisch lasst sich dies durch die Definition eines bestimmten Energie Impuls Tensors beschreiben Eine solche Beschreibung die konsistent mit dem Formalismus der allgemeinen Relativitatstheorie ist wurde erstmals 1994 von dem mexikanischen Physiker Miguel Alcubierre aufgestellt 1 Sie ist jedoch keine strenge Losung der Einsteingleichungen sondern wurde direkt mit den gewunschten Eigenschaften konstruiert Um die Gleichungen zu erfullen ware ein Treibstoff mit negativer Energiedichte erforderlich welcher auch als exotische Materie bezeichnet wird Da das Alcubierre sche Antriebskonzept etwa 1064 kg exotische Materie benotigen wurde 2 um ein kleines Raumschiff quer durch die Milchstrasse zu transportieren mehr als das sichtbare Universum insgesamt an normaler Materie besitzt wurde es von dem niederlandischen Physiker Chris van den Broeck 3 dementsprechend verbessert Dazu schloss er die Alcubierre sche Warp Blase um zwei weitere Blasen herum Seine Berechnungen kamen zu dem Ergebnis dass sich der Bedarf an exotischer Materie auf einige Sonnenmassen reduzieren wurde Die aussere Blase also die eigentliche Alcubierre Warp Blase wurde dabei als sehr klein R 3 10 15 m angesetzt Die innerste Blase besasse dafur jedoch eine Oberflache die einer Blase von 200 m Durchmesser entspricht Diese scheinbar paradoxe Diskrepanz soll durch eine vierdimensionale Geometrie ermoglicht werden Die Materiedichte ist bei beiden Antrieben jedoch so hoch wie sie im Universum kurz nach dem Urknall war Alcubierre und Van Den Broeck gingen von einer vorher ungekrummten Raumzeit aus Ware die Raumzeit hingegen gekrummt so sollten nach Sergei Krasnikov bereits 10 kg exotischer Materie genugen um solch ein System aus Warp Blasen zu erzeugen Krasnikov behauptet sogar durch weitere Modifikation der Van Den Broeck Metrik die notwendige Menge an exotischer Materie auf einige Milligramm reduziert zu haben 4 5 Untersuchungen von Finazzi Liberati und Barcelo stellten die Stabilitat einer Warp Blase in Frage 6 7 McMonigal Lewis und O Byrne von der University of Sydney kamen zu dem Ergebnis dass beim Abbremsen eine fur die Umgebung todliche Strahlung entstunde 8 9 Alexey Bobrick und Gianni Martire behaupten dass im Prinzip eine Klasse von subluminalen spharisch symmetrischen Warp Antriebsraumzeiten auf der Grundlage physikalischer Prinzipien konstruiert werden konne die der Menschheit derzeit bekannt sind 10 Forschung der NASA Breakthrough Propulsion Physics Project Bearbeiten Von 1996 bis 2002 finanzierte die NASA das Breakthrough Propulsion Physics Project zur Evaluierung exotischer Antriebskonzepte Innerhalb dieses Projektes wurden auch verschiedene spekulative Konzepte des Warp Antriebs beschrieben und mathematisch beziehungsweise uber Computermodelle erforscht 2008 stellte die NASA dieses Projekt endgultig ein 11 finanzierte jedoch weitere universitare Grundlagenforschung 12 Forschung des Advanced Propulsion Laboratory Bearbeiten Zwei Forscher der Advanced Propulsion Laboratory bei Applied Physics erklarten in einer Studie dass Warp Antriebe die das Tempo der Zeit innerhalb des Raumschiffs steuern und nur mit positiver Energie betrieben wurden moglich sein konnten Sie liefern zudem ein weiteres Argument weshalb uberlichtschnelle Warp Antriebe moglich sein mussten und ordnen die Warp Raumzeiten der Studie von Lentz einer neuen Klasse zu 13 14 Experimente BearbeitenIm Nachgang des Breakthrough Propulsion Physics Project versuchte der NASA Physiker Harold White kleinste Krummungen der Raumzeit im Labor zu messen 15 was jedoch nicht gelang 16 Literatur BearbeitenMiguel Alcubierre The warp drive hyper fast travel within general relativity Classical and Quantum Gravity 11 5 1994 L73 doi 10 1088 0264 9381 11 5 001 arxiv gr qc 0009013v1 Allen E Everett Thomas A Roman Superluminal subway The Krasnikov tube Physical Review D 56 4 1997 S 2100 2108 doi 10 1103 PhysRevD 56 2100 arxiv gr qc 9702049v1 Lawrence M Krauss Die Physik von Star Trek Heyne 1996 ISBN 3 453 10981 3 Francisco S N Lobo Matt Visser Fundamental limitations on warp drive spacetimes Classical and Quantum Gravity 21 24 2004 S 5871 5892 doi 10 1088 0264 9381 21 24 011 arxiv gr qc 0406083v2 Mohammad Mansouryar On a macroscopic traversable spacewarp in practice 2006 arxiv gr qc 0511086v2 Rudiger Vaas Tunnel durch Raum und Zeit 2 Auflage Franckh Kosmos Stuttgart 2006 ISBN 3 440 09360 3 Marc G Millis et al Frontiers of Propulsion Science American Inst of Aeronautics amp Astronautics Reston 2009 ISBN 1 56347 956 7 Zusammenfassung pdf 1 18 MB Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Warp Antrieb Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Warp Antrieb im Star Trek Wiki Memory Alpha Gregory V Meholic Advanced Space Propulsion Concepts for Interstellar Travel Concepts for Interstellar Travel Vortrag beim Los Angeles Chapter Dinner Meeting des AIAA 24 April 2008 Radiosendung The Space Show vom 24 Juni 2008 uber advanced space propulsion concepts for interstellar travel Warum der Warp Antrieb nicht funktioniert bei Spiegel Online Status of Warp Drive nasa gov abgerufen am 31 Januar 2012Einzelnachweise Bearbeiten Miguel Alcubierre The warp drive hyper fast travel within general relativity Classical and Quantum Gravity 11 5 1994 L73 doi 10 1088 0264 9381 11 5 001 arxiv gr qc 0009013v1 Michael J Pfenning L H Ford The unphysical nature of Warp Drive Band 14 Nr 7 1997 S 1743 1751 doi 10 1088 0264 9381 14 7 011 arxiv gr qc 9702026 bibcode 1997CQGra 14 1743P Chris Van Den Broeck A warp drive with more reasonable total energy requirements Classical and Quantum Gravity 16 12 1999 S 3973 3979 doi 10 1088 0264 9381 16 12 314 arxiv gr qc 9905084v5 Serguei Krasnikov Hyperfast Interstellar Travel in General Relativity Phys Rev D57 1998 4760 4766 arxiv gr qc 9511068v6 Allen Everett et al Time travel and warp drives a scientific guide to shortcuts through time and space Univ of Chicago Pr Chicago 2012 ISBN 978 0 226 22498 5 S 122ff Serguei Krasnikov The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts Physical Review D 67 2003 doi 10 1103 PhysRevD 67 104013 arxiv gr qc 0207057 Van Den Broeck s trick Seite 18 19 Stefano Finazzi Stefano Liberati Carlos Barcelo Semiclassical instability of dynamical warp drives Physical Review D 79 12 2009 doi 10 1103 PhysRevD 79 124017 arxiv 0904 0141v2 Carlos Barcelo Stefano Finazzi Stefano Liberati On the impossibility of superluminal travel the warp drive lesson 2010 arxiv 1001 4960v1 Brendan McMonigal Geraint F Lewis Philip O Byrne The Alcubierre Warp Drive On the Matter of Matter Physical Review D im Druck Stand 4 Juni 2012 arxiv 1202 5708v1 Warp Antrieb Gefahr fur Zivilisation am Reiseziel Memento vom 17 Juni 2012 im Internet Archive Wissenschaft aktuell 14 Marz 2012 Zusammenfassung der Studie von McMonigal et al abgerufen am 4 Juni 2012 Alexey Bobrick Gianni Martire Introducing physical warp drives In Classical and Quantum Gravity 38 Jahrgang Nr 10 20 April 2021 ISSN 0264 9381 S 105009 doi 10 1088 1361 6382 abdf6e arxiv 2102 06824 bibcode 2021CQGra 38j5009B englisch iop org Breakthrough Propulsion Physics Project Memento vom 16 Juli 2010 im Internet Archive NASA 19 November 2008 Keith Cowing Clarifying NASA s Warp Drive Program SpaceRef 12 April 2013 A potential model for a real physical warp drive In phys org Abgerufen am 9 Mai 2021 englisch Alexey Bobrick Gianni Martire Introducing physical warp drives In Classical and Quantum Gravity 38 Jahrgang Nr 10 20 April 2021 ISSN 0264 9381 S 105009 doi 10 1088 1361 6382 abdf6e arxiv 2102 06824 englisch iop org A Lab Experiment to Test Spacetime Distortion centauri dreams org Jeff Lee Gerald Cleaver The Inability of the White Juday Warp Field Interferometer to Spectrally Resolve Spacetime Distortions 29 Juli 2014 arxiv 1407 7772 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Warp Antrieb amp oldid 238346437