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RAUMFAHRT
Mit Solitonen zu Überlichtgeschwindigkeit?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Göttingen
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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.

Warp-Antrieb

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.) [Großansicht]

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.

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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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siehe auch
Mit Warp-Antrieb zur Überlichtgeschwindigkeit? - 11. Juni 1999
Links im WWW
Lentz, E. W. (2021): Breaking the warp barrier: hyper-fast solitons in Einstein–Maxwell-plasma theory, Class. Quantum Grav., 38, 075015 (arXiv.org Preprint)
Universität Göttingen
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