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Mit Solitonen zu Überlichtgeschwindigkeit?
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Göttingen
astronews.com
15. März 2021
Die Lichtgeschwindigkeit stellt in der Raumfahrt eine
bislang unüberwindbare Hürde dar. Antriebe, die in Science-Fiction-Filmen
schnelle Reisen in weit entfernte Regionen der Galaxie erlauben, lassen sich
höchstens theoretisch realisieren. Nun hat ein Wissenschaftler einen Ansatz
vorgeschlagen, der ihm technisch machbarer erscheint. Noch erfordert er
allerdings riesige Energiemengen.
Einen Warp-Antrieb, der eine Reise mit
Überlichtgeschwindigkeit ermöglichen würde, gibt
es bislang nur in Science-Fiction-Filmen.
Bild: NASA (digital art by Les Bossinas
(Cortez III Service Corp.)
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Wenn Reisen zu fernen Sternen innerhalb der Lebenszeit eines Menschen möglich
sein sollen, muss ein Antrieb gefunden werden, der schneller als
Lichtgeschwindigkeit ist. Bisherige Forschungen über den überlichtschnellen
Transport auf der Grundlage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie
erfordern riesige Mengen hypothetischer Teilchen und Materiezustände, die
exotische physikalische Eigenschaften wie eine negative Energiedichte aufweisen.
Diese Art von Materie ist derzeit entweder nicht zu finden oder kann nicht in
brauchbaren Mengen hergestellt werden.
Dr. Erik Lentz von der Universität Göttingen umgeht in seiner neuen Studie
nun dieses Problem: Er konstruierte aus Quellen mit ausschließlich positiver
Energie eine neue Klasse von hyperschnellen "Solitonen", die Reisen mit
beliebiger Geschwindigkeit ermöglichen könnten. Zuvor hatte er frühere
Forschungsarbeiten analysiert und Lücken in den Studien zum "Warp-Antrieb"
entdeckt. So fiel Lentz auf, dass es noch nicht erforschte Konfigurationen der
Raum-Zeit-Krümmung gibt, die in "Solitonen" organisiert sind. Und diese könnten
durchaus interessante Eigenschaften aufweisen.
Ein Soliton – in diesem Zusammenhang auch informell als Warpblase bezeichnet
– ist eine kompakte Welle, die ihre Form beibehält und sich mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt. Lentz leitete die Einstein-Gleichungen für unerforschte
Soliton-Konfigurationen ab, bei denen die "shift vector"-Komponenten der
Raum-Zeit-Metrik einer hyperbolischen Beziehung gehorchen. Dabei fand er heraus,
dass die veränderten Raum-Zeit-Geometrien auf eine Weise gebildet werden können,
die auch mit konventionellen Energiequellen funktioniert.
Genügend Energie vorausgesetzt, könnten auf dieser Basis Weltraumreisen zu
Proxima Centauri, unserem nächsten Stern, und zurück zur Erde innerhalb einiger
Jahre statt innerhalb von Jahrzehnten oder Jahrtausenden möglich sein. Ein
Mensch könnte also die Reise im Laufe seines Lebens antreten. Zum Vergleich: Mit
der heutigen Raketentechnologie würde die einfache Reise mehr als 50.000 Jahre
dauern. Darüber hinaus wurden die Solitonen so konfiguriert, dass sie eine
Region mit minimalen Gezeitenkräften enthalten, so dass der Zeitablauf innerhalb
des Solitons dem außerhalb entspricht: eine ideale Umgebung für ein Raumschiff.
Das bedeutet nämlich, dass es nicht zu den Komplikationen des sogenannten
"Zwillingsparadoxons" kommen würde, bei dem ein Zwilling, der nahe der
Lichtgeschwindigkeit reist, viel langsamer altern würde als der andere Zwilling,
der auf der Erde geblieben ist: Tatsächlich würden beide Zwillinge nach den
neuen Gleichungen gleich alt sein, wenn sie wieder vereint sind.
"Diese Arbeit hat das Problem des Reisens mit Überlichtgeschwindigkeit einen
Schritt weg von der theoretischen Forschung in der Grundlagenphysik und näher an
die Technik gebracht", ist Lentz überzeugt. "Der nächste Schritt besteht darin,
herauszufinden, wie man die astronomische Energiemenge, die benötigt wird, in
den Bereich heutiger Technologien bringen kann, wie zum Beispiel ein großes
modernes Kernspaltungskraftwerk. Dann könnten wir über den Bau der ersten
Prototypen sprechen."
Derzeit ist der Energiebedarf für diese neue Art des Raumfahrtantriebs noch
immens: "Die Energie, die für diesen Antrieb bei Lichtgeschwindigkeit für ein
Raumschiff mit einem Radius von 100 Metern benötigt wird, liegt in der
Größenordnung des Hundertfachen der Masse des Planeten Jupiter", so Lentz. "Die
Energieeinsparung müsste drastisch sein, im Bereich von etwa 30 Größenordnungen,
um in die Reichweite moderner Kernspaltungsreaktoren zu kommen. Glücklicherweise
wurden in früheren Forschungen mehrere energiesparende Mechanismen
vorgeschlagen, die die benötigte Energie potenziell um fast 60 Größenordnungen
senken könnte."
Die Ergebnisse der Studie sind ist in der Fachzeitschrift Classical and
Quantum Gravity erschienen.
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