RP Plus: Nasa testet den Warp-Antrieb

RP Plus Nasa testet den Warp-Antrieb

Das Raumschiff Enterprise hat es vorgemacht: Mit Warp-Antrieb fliegt es schneller als das Licht durch die Galaxis. Das ist Science Fiction. US-Wissenschaftler glauben nun aber, dass sie den Schlüssel zu einem realen Warp-Drive gefunden haben – zumindest in der Theorie.

04.10.2012 , 16:29 Uhr

In der Fernseh- und späteren Film-Serie „Star Trek“ ist das Raumschiff Enterprise dank des Warp-Drives schneller als das Licht unterwegs. Dabei wird der Raum selbst verzerrt und reitet das Schiff quasi auf einer Welle mit. Das war eine Inspiration für viele Wissenschaftler, um die Theorie eines solchen Antriebs zu entwickeln.
Foto: Foto: CBS

Nichts ist schneller als das Licht, das mit knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde unterwegs ist. Das ist einer der grundlegenden Sätze der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, die sich bislang immer bestätigt hat. Auch die kurzzeitige Entdeckung überlichtschneller Teilchen bei einem Experiment des europäischen Kernforschungszentrums Cern vor knapp einem Jahr entpuppte sich am Ende als das Ergebnis eines defekten Kabels — nicht einer fehlerhaften Theorie. Irgendetwas muss also an Einsteins Ideen dran sein. Und die überlichtschnellen Raumschiffe im Film, im Buch oder Fernsehen — sie sind nicht mehr als der Traum einer klaren Nacht, in der man nach den Sternen greift.

Doch theoretische Physiker sind nicht nur hochintelligent, sie sind auch wie Kinder. Und wenn jemand sagt, dass nichts schneller als Licht sein kann, dann spielen sie so lange mit den Verknüpfungen der bekannten Physik, bis sie den Knoten gelöst haben.

Bereits 1994 hat der mexikanische Physiker und Star-Trek-Fan Miguel Alcubierre vorgerechnet, wie ein Warp-Antrieb funktionieren könnte. Denn tatsächlich gibt es durchaus etwas, das sich schneller als das Licht bewegen kann — weil es keine Informationen überträgt und keine Masse hat: Es ist der Raum selbst aus Länge, Höhe, Breite und Zeit, in dem wir existieren. Dieses vierdimensionale Raumzeit-Gewebe kann durchaus Überlichtgeschwindigkeit erreichen. Und das hat es nach den derzeit gängigen Theorien schon einmal.

Der Raum muss sich bewegen

Kurz nach dem Big Bang, dem Urknall — Bruchteile von Sekunden danach: als das Universum sich sofort nach seiner Entstehung ausdehnt und dabei abkühlt wie eine Sprühdose, in die ein Loch geschlagen wird. Das bis dahin bestehende Gleichgewicht der Kräfte bricht zusammen. Und schlagartig wird dadurch Energie frei. So viel Energie, dass der Urknall fast zum zweiten Mal zündet. Quasi in nur einem Moment dehnt sich der Kosmos aus: Ist er zunächst kleiner als ein Wasserstoffkern, "explodiert" er auf die Größe eines Tennisballs. Schneller als das Licht, obwohl Albert Einstein in seiner Relativitätstheorie postuliert hatte, dass nichts die Grenze von knapp 300.000 Kilometer pro Sekunde überschreiten kann. Doch eben nur fast nichts — außer dem Weltraum selbst. Nicht ein Gramm Masse, nicht ein Funke ist schneller als das Licht, sondern nur das gesamte vierdimensionale Gewebe unseres Universums. Und das wiederum widerspricht der Relativitätstheorie nicht. Es ist so, als ob man auf einem Rollband steht. Man selbst kann nicht schneller als das Licht sein — das Rollband aber schafft das durchaus und zieht einen dabei gleich mit. Und eben das ist kurz nach dem Urknall auch geschehen.

Seitdem ist viel Zeit vergangen. Ungefähr 13,6 Milliarden Jahre. Das Universum dehnt sich nur noch vergleichsweise behäbig aus. Aber was kurz nach dem Big Bang passiert ist, könnte der Schlüssel sein — zum Warp-Antrieb. Nach Alcubierre müsste ein Raumschiff "nur" eine Verzerrung erzeugen. Eine Art Blase, von der eine Welle im Raumzeitgefüge losgetreten wird, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt. Auf dieser Welle würde die Blase wie ein Surfer reiten. Und in ihr hält sich das Raumschiff auf, das wie von einem Rollband mitgezogen so ebenfalls mit Überlichtgeschwindigkeit reist.

Diese Welle schiebt das Raumzeitgefüge vor ihr zusammen, staucht es und zieht die Blase samt Schiff mit sich. Hinter der Welle aber dehnt sich der Raum aus — und drückt die Blase zusätzlich nach vorn. Diese Verzerrung des Raumzeit-Gewebes heißt auf Englisch "Warp" und gibt dem Antrieb seinen Namen. Und der hat noch ein paar angenehme Eigenschaften: Die Reisenden im Raumschiff würden keine Beschleunigung spüren. Zudem gelten innerhalb der Blase trotz der Geschwindigkeit immer noch die Gesetze der Physik: In ihr selbst kann sich beispielsweise nichts schneller als das Licht bewegen. Die Relativitätstheorie wäre darum nicht verletzt, und Einstein wäre beruhigt.

Der Antrieb mit der exotischen Materie

Allerdings hat Alcubierre dabei getrickst. Er hat nicht nach einer Lösung der Einsteinschen Gleichungen für den Warp-Drive gesucht, sondern zuerst den Antrieb mathematisch konstruiert. Anschließend rechnete er zurück, um zu sehen, ob sich seine Idee im Einklang mit der Relativitätstheorie befindet. Und das tut sie — mit einigen problematischen Nebeneffekten. Alcubierres Warp-Antrieb lässt sich nicht steuern oder abschalten. Einmal angeworfen, würde die Raumschiffsbesatzung auf ewig mit Überlichtgeschwindigkeit reisen. Zudem benötigt man "exotische Materie". Einen Stoff also, bei dem die Schwerkraft nicht anziehend wirkt, sondern abstoßend. Würde man exotische Materie auf der Erde werfen, fiele sie darum auch nicht zu Boden. Vielmehr trotzt sie der Gravitation und schießt nach oben. Das klingt kurios, aber theoretisch ist die Existenz exotischer Materie möglich. Nur kein Mensch weiß, wo man sie findet, wie man sie herstellt — und wie man mit ihr umgeht.

Und im Alcubierre-Antrieb würde man nicht nur ein bisschen exotische Materie einsetzen. Im ersten Ansatz wäre mehr davon nötig, als es Masse im gesamten Universum gibt. Zwar haben andere Physiker wie der Niederländer Chris van den Broeck den Bedarf reduziert. Aber immer noch braucht man etwa einen Planeten von der Größe Jupiters, der das 318-Fache der Erde auf die Waage bringt — wenn es eine so große Waage geben würde.

Damit aber ist der Warp-Antrieb von Alcubierre nicht mehr als ein Gedankenkonstrukt: vorstell-, aber nicht umsetzbar. Zumindest dachte man das bis vor kurzem: Da trat Harold White vom Johnson Space Center der NASA im texanischen Houston ans Rednerpult — bei einem Symposium, in dem es darum ging, innerhalb der nächsten 100 Jahre ein überlichtschnelles Raumschiff zu konstruieren.

Ein neuer Ansatz mit einem Doughnut

White und sein Team hatten sich Alcubierres Arbeit noch einmal vorgenommen und einen neuen Ansatz gefunden: Die Blase, mir der die Verzerrung erzeugt wird, muss nicht unbedingt eine echte Kugel sein. Ein dicker Ring, ein Doughnut aus exotischer Materie, in dessen Mitte sich das Raumschiff befindet, könnte den gleichen Effekt erzeugen — wenn dieser Doughnut um das Schiff rotiert. Dann schrumpft die benötigte Masse exotischer Materie auf etwa eine Tonne. Und wenn die so erzeugte Warp-Blase in ihrer Stärke ständig variieren, quasi schwingen würde, könnte man die benötige Masse sogar noch weiter reduzieren. Der Vorteil dieser Lösung: Das Schiff bleibt steuerbar, und der Antrieb lässt sich abschalten.

Das klingt wieder sehr theoretisch, wenn White nicht angekündigt hätte, seine Idee zu testen. Nicht mit exotischer Materie, die derzeit nicht zur Verfügung steht. Er nimmt einen Laserstrahl und splittet ihn in zwei Strahlen auf. Einer davon gelangt ohne weitere Einflüsse in einen Sensor. Der andere dagegen wird durch einen "Doughnut" gelenkt — ein nur ein Zentimeter durchmessender Hochspannungs-Ringkondensator. Wenn White und sein Team recht haben, müssten sie in der Lage sein, auch so die Raumzeit zu verzerren. Zwar nur um etwa ein Zehnmillionstel, aber doch genug, dass sich die beiden ursprünglich identischen Laserstrahlen messbar unterscheiden. Es wäre der Beweis, dass zumindest der Ansatz stimmt. Man müsste nur noch an exotische Materie herankommen oder einen anderen Stoff mit ähnlicher Wirkung entdecken.

In der Fernseh- und Filmserie "Star Trek" baut der Wissenschaftler Zefram Cochrane den ersten funktionierenden Warp-Antrieb am 5. April 2063. Wenn White und sein Team ihre Überlegungen im Experiment bestätigen könnten, scheint dieser Termin auf einmal nicht mehr so unrealistisch. Und der nächstgelegene Stern Alpha Centauri in 4,366 Lichtjahren Entfernung ließe sich dann nicht erst in Tausenden oder Millionen Jahre erreichen — sondern in etwas mehr als fünf Monaten oder noch weniger. Dann wären die Sterne auf einmal tatsächlich zum Greifen nah.