Überlichtschnelle Reisen – physikalisch möglich, technisch unmöglich

Von Markus Brauer

In beinahe jedem Science-Fiction-Universum reisen Menschen und extraterrestrische Spezies mit ihren Raumschiffen durch Galaxien - oft mit Geschwindigkeiten, die jenseits der des Lichts liegen.

Antrieb schneller als Lichtgeschwindigkeit

Der Fachbegriff für Antriebstechnologien, die solche Reisen im Hyperraum ermöglichen, heißt Hyper-Drive oder Warp-Drive (englisch: „ to warp“ verzerren, krümmen; „drive“, Antrieb). Doch egal, ob man es mehr mit „Star Wars“ oder „Star Trek“ hält, eine solche Technologie ist faszinierend – und völlig unrealistisch. Oder doch nicht?

Ein Warp-Drive – also ein Antrieb schneller als Lichtgeschwindigkeit – müsste die vierdimensionale Raumzeit – das Raum-Zeit-Kontinuum – um ein Raumschiff herum derart verändern, dass der Abstand zwischen Start- und Zielpunkt verringert wird.

Die Raumzeit, in der das Raumschiff reist, müsste gestaucht und nach Ende der Passage wieder expandiert werden. Diese Veränderungen der Raumzeit durch Gravitationswellen müssten mit Überlichtgeschwindigkeit geschehen, sodass das Raumschiff in einer sogenannten Warp-Blase mitreist.

 

 

Gravitationswellen wären messbar

Auch wenn der überlichtschnelle Flug mittels Warp-Antrieb technisch bisher unmöglich ist, seine Signatur wäre detektierbar, wie Physiker jetzt ermittelt haben. Denn was bei normaler Bewegung unmöglich ist, wird machbar, wenn man die Raumzeit selbst verformt.

Dabei entsteht eine Warp-Blase, welche die Raumzeit vor ihr komprimiert und hinter sich dehnt. Der Kollaps dieser Raumzeit-verzerrenden Warp-Blase setzt dabei charakteristische Gravitationswellen-Signale frei.

Diese Schwingungen der Raumzeit wären sogar stark genug für die aktuellen Gravitationswellen-Detektoren. Ihre Frequenz liegt jedoch etwas zu hoch. Mit künftigen Detektoren jedoch wären solche Warp-Signaturen nachweisbar, wie das Team in ihrer Studie im „Open Journal of Astrophysic“ berichtet.

 

 

Physikalisch machbar

Ob das Raumschiff Enterprise in Star Trek oder der Millennium-Falke in Star Wars: Ohne ihre überlichtschnellen Warp-Antriebe wären diese Ikonen der Science Fiction kaum denkbar und ihre interstellaren und intergalaktischen Reisen unmöglich. Doch wie kann ein solcher Antrieb schneller sein als das Licht?

„Obwohl Warp-Antriebe rein theoretisch sind, haben sie eine wohldefinierte Beschreibung in Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie“, erklärt Erstautorin Katy Clough von der Queen Mary University of London in Großbritannien.

Allerdings würde man für die Bildung einer Warp-Blase exotische Materie mit negativer Masse und Energie benötigen – etwas, das bisher nicht gefunden wurde. Auch, ob Menschen einen solchen Warp-Flug überhaupt überleben würden, ist unklar.

"What no one has seen before: gravitational waveforms from warp drive collapse" by Katy Clough and her team. This paper is like a cosmic detective story, but instead of fingerprints, we're looking for gravitational waves. Clough and her crew simulated what would happen if a warp… pic.twitter.com/UWL6L1cvIw — Nirmata (@En_formare) July 17, 2024

Warum sich die Erforschung eines Warp-Antriebs lohnt

Doch obwohl es zahlreiche technische Hindernisse für die praktische Umsetzung eines Warp-Antriebs gibt, sei seine Erforschung durchaus nützlich, argumentieren die Forscher. Denn die theoretischen Grundlagen und möglichen Auswirkungen böten viele Chancen, mehr über das Verhalten der Raumzeit zu erfahren.

„Für mich ist der wichtigste Aspekt die neuartige genaue Modellierung der Dynamik von Raumzeiten mit negativer Energie“, betont Koautor Tim Dietrich von der Universität Potsdam. Dies könne helfen, die Entwicklung und den Ursprung unseres Universums oder die Vorgänge im Zentrum von Schwarzen Löchern besser zu verstehen.

 

 

Kollaps der Warp-Blase simuliert

Das Team um Katy Clough hat genauer erforscht, was mit der Raumzeit beim Kollaps einer Warp-Blase geschieht. „Es gibt unseres Wissens nach keine Zustandsgleichung, nach der die Warp-Blase dauerhaft stabil sein kann.“

Spätestens beim stärkeren Beschleunigen oder Abbremsen müsste die Verformung der Raumzeit demnach kollabieren. „Physikalisch entspräche dies einem Ausfall des Containment-Felds, mit dem eine Post-Warp-Zivilisation die Warp-Blase gegen einen solchen Kollaps schützen müsste“, schreiben die Forscher.

Wie sich ein solcher Kollaps des Warp-Antriebs äußert und ob er detektierbar wäre, haben Clough und ihr Team auch detailliert untersucht. Sie simulierten den Zusammenbruch einer rund einen Kilometer großen Warp-Blase, in der ein Raumschiff mit rund einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit fliegt. „Dies ist ein erster Schritt zur Erforschung des Falles bei Überlicht-Tempo“, erläutern die Physiker.

Warp-Kollaps sendet Signal in Form von Gravitationswellen

Die Wissenschaftler kamen zu der Erkenntnis, dass wenn die Warp-Blase eines Raumschiffs zusammenbricht, dies deutliche Erschütterungen der Raumzeit in Form von Gravitationswellen verursacht. „Dieses Signal kommt als Puls, der anfangs noch keine Gravitationswellen enthält, dann aber folgt eine Periode der Schwingungen mit charakteristischer Frequenz.“

Die Ausformung dieses Signals unterscheidet sich deutlich etwa von der verschmelzender Schwarzer Löcher oder Neutronensterne. „Das Warp-Signal ähnelt eher dem Kollaps eines instabilen Neutronensterns oder einer frontalen Kollision“, schreiben die Experten. „Es gibt aber einen längeren Schweif im niedrigeren Frequenzbereich, vor allem bei höheren Warp-Geschwindigkeiten.“

 

 

Nutzen außerirdische Zivilisationen bereits Warp?

Wenn es irgendwo im Weltall eine Zivilisation gibt, die den Warp-Antrieb tatsächlich schon erfunden hat, könnte man in naher Zukunft demnach ihre Signaturen detektieren – vorausgesetzt sie kommen nahe genug heran. „Selbst wenn wir die Wahrscheinlichkeit dafür eher gering einschätzen: Ich finde es zumindest interessant genug, um danach Ausschau zu halten“, unterstreicht Katy Clough. „Gleichzeitig ist dies eine Erinnerung daran, dass theoretische Ideen uns dazu bringen können, das Universum auf neuen Wegen zu erkunden.“