Ob Star Wars oder Star Trek: Wenn der Pilot den Kippschalter umlegt, verzerren sich die Sterne und das Raumschiff rast mit Überlichtgeschwindigkeit durchs All. Der Warp-Antrieb machts möglich – zumindest in der Science-Fiction-Logik. Auch Forschende beschäftigen sich mit diesem fantastischen Antrieb, ohne zu wissen, ob er funktioniert. Hinter der Technologie steckt auch eine Sehnsucht des Menschen. Was ist der Warp-Antrieb und warum sprechen wir davon eigentlich?
Was ist der Warp-Antrieb und warum reden wir davon?
Mittels Warp-Antrieb kann Captain Kirk in Star Trek ferne Welten in wenigen Augenblicken erreichen. Tatsächlich beschäftigen sich auch Wissenschaftler:innen damit.
Der Warp-Antrieb: Nur eine Vision?
Der Warp-Antrieb schießt zumindest theoretisch Raumschiffe durch die unendlichen Weiten des Alls. Es hat den Anschein, dass der Mensch lieber über diese Technologie spricht, als über die technischen physikalischen Details nachzudenken. Denn wer möchte nicht unendlich weit entfernte Orte im All in wenigen Stunden oder gar Minuten erreichen?
Denn in den Erzählungen um Captain Kirk löst diese Antriebstechnologie ein großes Problem: Menschen brauchen weder Kryoschlaf noch Mehrgenerationsraumschiffe, um zum Beispiel den sagenumwobenen Planeten Vulkan zu erreichen. Gebe es diesen „Klasse-M-Planeten“ wirklich, bräuchten wir mit heutigen Mitteln vermutlich mehrere Zehntausend Jahre, um ihn zu erreichen.
Zum Vergleich: Proxima Centauri B ist nach bisherigen Stand der Forschung der uns am nächsten gelegene Exoplanet. Er ist schlappe 4,25 Lichtjahre von uns entfernt. Mit Lichtgeschwindigkeit bräuchten wir also 4,25 Jahre, um ihn zu erreichen. Die kann kein Raumschiff bisher erreichen. In der Realität würden zwischen Erde und Proxima Centauri B Jahrtausende der Reise anstehen.
Und hier kommt der Warp-Antrieb ins Spiel, denn mit Überlichtgeschwindigkeit würde der Planet etwa soweit entfernt sein, wie die nächste Bushaltestelle. Das Problem: Wir müssten Albert Einsteins Relativitätstheorie austricksen. Denn diese besagt, dass ein Gegenstand im Universum nie über die Lichtgeschwindigkeit hinaus beschleunigt werden. Warum also reden wir überhaupt von diesem sagenumwobenen Antrieb?
Die Krümmung von Zeit und Raum
Albert Einstein hat nicht nur die Grenze von Zeit und Raum definiert, sondern wie wir sie zumindest theoretisch überwinden könnten. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist das Universum ein Stoff aus Zeit und Raum, der durch Gravitation „gefaltet“ werden kann. Um den Warp-Antrieb zu verstehen, müssen wir die Eigenschaften von Gravitationswellen verstehen. Wie Wellen dehnen oder raffen sie die Raumzeit.
Hierdurch können allerhand Mutmaßungen darüber gemacht werden, wie sich ein Raumschiff durch das All bewegen könnte. Denn der ikonische Antrieb der Enterprise nutzt diesen Teil von Einsteins Theorie, um einen anderen auszubooten. Denn die Lichtgeschwindigkeit spielt keine Rolle mehr, wenn der Raum verzerrt werden kann. „To warp“ heißt nämlich nichts anderes als „verzerren“.
Als Beispiel kannst du dir ein leeres Blatt Papier vorstellen, dass jeweils an seinen Rändern einen schwarzen Punkt hat. Die Punkte bilden die Orte A und B. Die „normale“ Distanz beschreibt den vorherrschenden Abstand zwischen diesen beiden Punkten. Indem du das Papier faltest, dass beide Punkte aufeinander liegen, ist zumindest auch die Distanz überwunden. Wenn du mit einem Bleistift durch den einen Punkt stichst, landest du direkt auf dem zweiten.
Die Theorie des Warp-Antriebs arbeitet genau mit solchen Gedankenexperimenten. Der Antrieb verzerrt den Raum so sehr, dass Punkt A und Punkt B quasi um die Ecke liegen.
Und in der Realität?
Erst 1994 hat sich der Physiker Miguel Alcubierre ernsthaft mit dem Gedanken an einen Warp-Antrieb beschäftigt. Seine theoretische Lösung fußt auf einer Grundgleichung, in der ein Raumschiff vor sich die Raumzeit komprimierte und hinter sich dehnte. Das Schiff soll sich demnach in einer stabilen Blase aus Raumzeit wie in einer Seifenblase befinden.
Doch ein Problem konnte der Physiker nicht lösen. Denn der sogenannte Alcubierre-Drive funktioniert nur mittels „exotischer Materie“, also einer Materie. Leider gibt es eine auch als „negative Energie“ bezeichnete Materie nicht. Sie ist eine Hilfestellung, um überhaupt stabile Wurmlöcher und Überlicht-Reisen zu simulieren, wie Adam Frank auf Brighter Side of News schreibt.
Doch 2021 haben die Astrophysiker Alexey Bobrick und Gianni Martre gezeigt, dass für einen Warp-Antrieb keine exotische Materie herhalten muss. Für ihre Theorie benötigen Bobrick und Gianni lediglich die zwei Komponenten Raumzeit und Energie. Demnach bestehen alle Warp-Antriebe aus genau drei Komponenten:
- eine innere Raumzeit, die wie ein Fahrgastraum funktioniert
- eine Materialhülle aus positiver oder negativer Energie, die sogenannte „Warp-Region“
- ein Äußeres, das weit genug entfernt, wie unverzerrte Raumzeit scheint
Durch diese Dreiteilung konnten beide Forscher genau nachvollziehen, was sich in jedem dieser Räume abspielen müsse, damit der Antrieb funktioniert.
Warp-Antrieb: nicht nur Wunschdenken
Der Warp-Antrieb könnte tatsächlich in weit entfernter Zukunft möglich sein. Wie Bobrick und Martre zeigen, könnte hierfür bereits „normale“ Materie ausreichend sein. Damit könne eine Art Passagierbereich in einer Blase geschaffen werden, in der die Zeit normal abläuft, während sie sich um die Blase krümmt.
Doch selbst in der Theorie funktioniert das nur unterhalb der Lichtgeschwindigkeit. Den beiden Wissenschaftler nach sei die Idee hinter einen solchen Antrieb weniger kompliziert als befürchtet, aber einen großen Sprung der Menschen ins Universum garantiere er nicht. Mit Überlichtgeschwindigkeit zu reisen, würde bedeutet, exponentiell unendlich viel Energie zu verwenden. Wo die herkommen soll, weiß niemand.
Quellen: Big Think, Brighter Side of News, eigene Recherche