Science-Fiction-Romane und -Filme sind voller weitreichender Ideen, die oft als Sprungbrett für dynamische Abenteuer dienen und nicht als ernsthafter Versuch, zukünftige Trends in Wissenschaft oder Technologie vorherzusagen. Einige der gängigsten Tricks, wie zum Beispiel ein Raumschiff in Sekundenschnelle auf fantastische Geschwindigkeiten zu beschleunigen, ohne Passagiere zu töten, sind nach den Gesetzen der Physik, wie wir sie verstehen, einfach nicht möglich.
Die gleichen Gesetze scheinen jedoch auch andere scheinbar unglaubliche Science-Fiction-Konzepte zu ermöglichen, von Wurmlöchern bis hin zu Paralleluniversen. Hier ist ein Überblick über einige Science-Fiction-Ideen, die tatsächlich in die Praxis umgesetzt werden könnten - zumindest theoretisch.
Wurmlöcher:
Die Idee eines Wurmlochs – des kürzesten Wegs im Weltraum, der es Ihnen ermöglicht, fast augenblicklich zwischen entfernten Teilen des Universums zu reisen – klingt nach Fantasie. Aber unter dem formelleren Namen der Einstein-Rosen-Brücke existierte diese Idee als ernsthaftes theoretisches Konzept, lange bevor Science-Fiction-Autoren sie verwendeten.
Es stammt aus der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, die die Gravitation als eine Verzerrung der Raumzeit durch massereiche Objekte betrachtet. In Zusammenarbeit mit dem Physiker Nathan Rosen schlug Einstein 1935 vor, dass Punkte mit extrem starker Gravitation, wie zum Beispiel Schwarze Löcher, in direktem Zusammenhang stehen könnten. So entstand die Idee der Wurmlöcher.
Die Kräfte um das Schwarze Loch würden jeden zerstören, der sich ihm näherte, daher wurde die Idee, tatsächlich durch das Wurmloch zu reisen, erst in den 1980er Jahren ernst genommen, als der Astrophysiker Carl Sagan beschloss, einen Science-Fiction-Roman zu schreiben.
Carl Sagan forderte seinen Physikerkollegen Kip Thorne auf, einen praktikablen Weg zu finden, um sofort interstellare Entfernungen zu überwinden. Kip Thorne entwarf ordnungsgemäß einen Weg - theoretisch möglich, in der Praxis jedoch höchst unwahrscheinlich - für Menschen, um interstellare Reisen zu unternehmen und das Wurmloch unversehrt zu passieren. Das Ergebnis spiegelte sich in Sagans Roman Contact (1985) wider, der später in einen Film mit Jodie Foster umgewandelt wurde. Das Wurmloch wird auch im Film Interstellar gezeigt, um in eine andere Galaxie zu reisen.
Obwohl es sehr unwahrscheinlich ist, dass Wurmlöcher jemals das einfache und bequeme Transportmittel werden, das in Filmen dargestellt wird, haben Wissenschaftler jetzt einen praktikableren Weg gefunden, ein Wurmloch zu bauen, als Kip Thorne ursprünglich vorgeschlagen hatte. Es ist auch möglich, dass Wurmlöcher, die bereits im Universum existieren, mit der nächsten Generation von Gravitationswellendetektoren identifiziert werden könnten.
Warp-Antrieb:
Eine wichtige Voraussetzung für die meisten Weltraumabenteuergeschichten ist die Fähigkeit, viel schneller als heute von Punkt A nach Punkt B zu gelangen. Abgesehen von Wurmlöchern gibt es mehrere Stolpersteine, um dies mit einem normalen Raumschiff zu erreichen. Es braucht viel Sprit, einen verheerenden Beschleunigungseffekt und die Tatsache, dass es im Universum ein striktes Tempolimit gibt.
Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich Licht fortbewegt – genau ein Lichtjahr pro Jahr, was im kosmischen Kontext (für einen außenstehenden Beobachter) gar nicht so schnell ist. Proxima Centauri, der zweitgrößte Stern der Erde, ist 4,2 Lichtjahre von der Sonne entfernt und das Zentrum der Galaxie ist 27.000 Lichtjahre entfernt.
Glücklicherweise gibt es eine Lücke im Weltraumgeschwindigkeitslimit: Es bestimmt nur die maximale Geschwindigkeit, mit der wir uns im Weltraum bewegen können. Wie Einstein erklärte, kann der Raum selbst verzerrt werden, sodass es möglich ist, den Raum um das Schiff herum so zu manipulieren, dass die Geschwindigkeitsbegrenzung verletzt wird. Das Raumfahrzeug wird sich immer noch mit einer Geschwindigkeit von weniger als Lichtgeschwindigkeit durch den umgebenden Weltraum bewegen, aber der Weltraum selbst wird sich schneller als diese Geschwindigkeit bewegen.
Daran dachten sich die Star Trek-Autoren, als sie in den 1960er Jahren das Konzept eines "Warp-Antriebs" entwickelten. Aber für sie war es nur eine plausibel klingende Phrase, keine echte Physik.
Erst 1994 fand der Theoretiker Miguel Alcubierre eine Lösung für Einsteins Gleichungen, die einen echten Warp-Antriebseffekt erzeugte, den Raum vor dem Raumfahrzeug verengt und nach hinten ausdehnte. Die Lösung von Miguel Alcubierre war nicht weniger genial als das durchquerbare Wurmloch von Kip Thorne, und Wissenschaftler versuchen, sie zu verbessern, in der Hoffnung, dass sie eines Tages praktisch wird.
Zeitreise:
Das Konzept einer Zeitmaschine ist einer der großen Science-Fiction-Plottricks, die es den Charakteren ermöglichen, zurückzugehen und den Verlauf einer Geschichte zu ändern – zum Guten oder zum Schlechten. Aber das wirft unweigerlich logische Paradoxien auf. Würde Doc zum Beispiel in Zurück in die Zukunft seine Zeitmaschine bauen, wenn der zukünftige Marty ihn nicht mit derselben Maschine besucht hätte? Aufgrund dieser Paradoxien glauben viele Menschen, dass Zeitreisen in der realen Welt unmöglich sind – und doch nach den Gesetzen der Physik möglich ist.
Wie bei Wurmlöchern und Krümmungen im Raum stammt die Physik, die uns sagt, dass man in der Zeit reisen kann, aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Sie betrachtet Raum und Zeit als Teil desselben Raum-Zeit-Kontinuums, und beides ist untrennbar miteinander verbunden.
So wie wir über die Verzerrung des Raums mit einem Wurmloch oder Warp-Laufwerk sprechen, kann auch die Zeit verzerrt werden. Manchmal kann es so verzerrt sein, dass es sich von selbst faltet, was Wissenschaftler eine "geschlossene Zeitkurve" nennen, obwohl man es genauso gut als Zeitmaschine bezeichnen kann.
Ein Konzeptentwurf einer solchen Zeitmaschine wurde 1974 vom Physiker Frank Tipler veröffentlicht. Die als Tipler-Zylinder bezeichnete Maschine muss groß sein – mindestens 97 Kilometer lang – und extrem dicht sein, mit einer Gesamtmasse, die mit der der Sonne vergleichbar ist.
Damit ein Zylinder wie eine Zeitmaschine funktioniert, muss er sich schnell genug drehen, um die Raumzeit bis zu dem Punkt zu verzerren, an dem die Zeit in sich zusammenfällt – der "Drag-and-Drop-Effekt".
Teleportation:
Ein typisches Science-Fiction-Beispiel für Teleportation ist der Star Trek-Transporter, der, wie der Name schon sagt, einfach als bequeme Möglichkeit dargestellt wird, von einem Ort zum anderen zu reisen.
Aber die Teleportation unterscheidet sich grundlegend von anderen Transportmitteln: Anstatt sich im Weltraum vom Startpunkt zum Ziel zu bewegen, führt die Teleportation zu einer exakten Kopie am Zielort, während das Original zerstört wird. Laut IBM ist aus dieser Sicht - und auf der Ebene der subatomaren Teilchen, nicht des Menschen - Teleportation tatsächlich möglich.
Der eigentliche Vorgang wird als Quantenteleportation bezeichnet. Dieser Prozess kopiert den exakten Quantenzustand eines Teilchens, beispielsweise eines Photons, auf ein anderes, das Hunderte oder Tausende von Kilometern entfernt sein kann.
Die Quantenteleportation zerstört den Quantenzustand des ersten Photons, es sieht also wirklich so aus, als ob das Photon auf magische Weise von einem Ort zum anderen transportiert wurde. Der Trick basiert auf dem, was Einstein als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnete, aber formaler ist es als Quantenverschränkung bekannt.
Wenn das zu "teleportierende" Photon mit einem des Paares verschränkter Photonen in Kontakt kommt und die Messung des resultierenden Zustands an die Empfangsseite gesendet wird, wo sich das andere verschränkte Photon befindet, dann geht das letzte Photon in dasselbe Zustand als das teleportierte Photon.
Dies ist ein komplexer Prozess, selbst für ein einzelnes Photon, und kann nicht auf das in Star Trek gezeigte sofortige Transportsystem skaliert werden. Quantenteleportation hat jedoch wichtige Anwendungen in der realen Welt, wie manipulationssichere Kommunikation und ultraschnelles Quantencomputing.
Paralleluniversen:
Das Universum ist alles, was wir mit den leistungsstärksten Teleskopen sehen – all die Milliarden von Galaxien, die sich im Urknall ausbreiten. Aber ist das alles?
Die Theorie besagt, dass dies vielleicht nicht der Fall ist: Es könnte ein ganzes Multiversum von Universen geben. Die Idee der "Paralleluniversen" ist ein weiteres bekanntes Science-Fiction-Thema, aber wenn sie auf dem Bildschirm dargestellt werden, unterscheiden sie sich normalerweise nur in kleinen Details von unserem eigenen Universum.
Aber die Realität kann viel seltsamer sein, wenn die grundlegenden Parameter der Physik in einem Paralleluniversum, wie die Schwerkraft oder die Kernkräfte, sich von unseren unterscheiden. Eine klassische Darstellung eines ganz anderen Universums dieser Art und der darin lebenden Kreaturen ist Isaac Asimovs Roman "Die Götter selbst", bzw. sein zweiter Teil.
Der Schlüssel zum modernen Verständnis von Paralleluniversen ist das Konzept der "ewigen Inflation". Es zeigt das endlose Gefüge des Weltraums in einem Zustand kontinuierlicher, unglaublich schneller Expansion. Von Zeit zu Zeit fällt ein lokalisierter Punkt in diesem Raum - der autarke Urknall - aus der allgemeinen Ausdehnung heraus und beginnt in einem gemäßigteren Tempo zu wachsen, wodurch sich materielle Objekte wie Sterne und Galaxien darin bilden können. Nach dieser Theorie ist unser Universum ein solcher Bereich, aber es kann unzählige andere Universen geben.
2021-10-12 05:21:24
Autor: Vitalii Babkin