Warp-Antrieb

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Hier der konkrete Grund, warum dieser Artikel nicht den Qualitätsanforderungen entsprechen soll: Theoriefindung und Fan-Blabla. Das wenige, was sich sinnvoll dazu sagen ließe, wird in sehr gewagter Manier vorgetragen - sowohl inhaltlich (inflationäres Universum) wie stilistisch.--88.64.64.177 00:07, 29. Apr 2006 (CEST)

Der Warpantrieb (englisch Warp „Verzerrung“), ein hypothetischer, wegverkürzender Raumschiffantrieb, wurde vom amerikanischen Science-Fiction-Autor Gene Roddenberry für seine Fernsehserie Star Trek „erfunden“, um die Entfernungen zu anderen Sternensystemen zu bewältigen, ohne die Gesetze der klassischen Relativitätsphysik zu verletzen.

Wie Stephen Hawking und andere ausgeführt haben, verzichtet ein dem Warpantrieb zugrunde liegender Quanteneffekt darauf, das Raumfahrzeug durch Beschleunigung zu bewegen, was gemäß der Relativitätstheorie infolge schließlich unendlicher Massenzunahme spätestens an der Lichtgeschwindigkeit scheitern muss, sondern verzerrt das Raum-Zeit-Gefüge derart, dass das Fahrzeug quasi in einem eigenen Mini-Universum eingesperrt mitsamt diesem sein Ziel erreicht. Die Theorie der „inflationären Ausdehnung“ des Universums nach dem kosmologischen Standardmodell des Urknalls erklärt das ein Vielfaches der Lichtgeschwindigkeit überschreitende, spontane Aufblähen des frühen Kosmos auf ähnliche Weise.

Allerdings postuliert Hawking für die Funktionsfähigkeit des Effekts die Notwendigkeit größerer Mengen so genannter „dunkler Energie“, die nach seiner Theorie auch für die zunehmende Ausdehnung des Kosmos verantwortlich ist, zur Stabilisierung einer durch den Warpantrieb zu erzeugenden Raumzeit-Blase.

Es handelt sich in sofern also nur um ein Gedankenexperiment, denn die Existenz dieser hypothetischen Energieform konnte bislang nicht nachgewiesen werden, geschweige denn gibt es Verfahren, wie die für einen Raumschiffantrieb benötigten Energiemengen großtechnisch erzeugt werden könnten.

Der Warpantrieb in Star Trek

Für den Warpantrieb gibt es in Star Trek eine eigene Geschwindigkeitsskala, die aber nicht durch alle Star-Trek-Serien durchgängig ist. Bei Raumschiff Enterprise (Star Trek: The Original Series) wird in den ursprünglich vom ZDF gesendeten Folgen (in der deutschen Synchronisation) die Bezeichnung Sol verwendet. Angeblich soll die „Abkürzung“ für speed over light (Überlichtgeschwindigkeit) stehen, was aber in Anbetracht der Tatsache, dass die englischen Folgen mit dem Begriff Warp arbeiten, bezweifelt wird. In den von Sat 1 angekauften Folgen der Originalserie und spätestens seit Raumschiff Enterprise: Das nächste Jahrhundert wird auch in der deutschen Synchronisation der Begriff Warp verwendet. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein warpgetriebenes Schiff in den Star-Trek-Episoden bewegt, wird üblicherweise nur mit einem Warpfaktor angegeben. Dabei entspricht Warp 1 der einfachen Lichtgeschwindigkeit c, und bei höheren Faktoren erhöht sich die Geschwindigkeit exponentiell. Einige Episoden brachten die Enterprise (mit einer Reisegeschwindigkeit von Warp 6 und maximal Warp 8 in der Literatur) insofern in Schwierigkeiten, als das Schiff absurd hohe Warpfaktoren (zum Beispiel Warp 13,4) erreichen musste, weil die Drehbuchschreiber die Reisezeiten partout zu niedrig ansetzten.

Alte und Neue Skala

Um für mehr Konsistenz zu sorgen, entschied man für Raumschiff Enterprise: Das nächste Jahrhundert, dass Warp 10 das Maximum sein sollte. Warp 10 entsprach damit unendlich hoher Geschwindigkeit und war unerreichbar. Der entsprechende Graph hatte also eine Asymptote bei 10. Die neue Enterprise (NCC 1701-D) war in der Lage bis zu Warp 9,2 zu fliegen (LaForge konnte aber noch 9,6 „rauskitzeln“ – siehe Angriffsziel Erde), was etwa Warp 11,8 der alten Skala und ca. der 1649-fachen Lichtgeschwindigkeit entspricht. Die Reisegeschwindigkeit der Enterprise D betrug Warp 6 (ca. Warp 7,3 auf der alten Skala beziehungsweise 392-fache Lichtgeschwindigkeit). Die Höchstgeschwindigkeit aller gegenwärtig modernen Föderationsschiffe ist eine 9 mit tendenziell immer mehr Neunen hinter dem Komma. Eine Voyager-Episode führte dies ein wenig ad absurdum, indem dort Tom Paris angeblich mit Warp 10 flog, und anschließend zu einem anthropomorphen Lurch mutierte. Diese Episode bricht daher im Grunde mit der inneren Logik von Star Trek. Allerdings beschrieb Tom Paris den Flug in der Hinsicht, dass er an jedem Ort im Universum gewesen sei und dies gleichzeitig, was noch einmal den Ausdruck zur Geltung bringt, das Warp 10 unendlicher Geschwindigkeit entspricht. In der letzten TNG-Folge, die einige Jahrzehnte in der Zukunft spielt, ist eine Reisegeschwindigkeit von Warp 13 nicht ungewöhnlich. Offenbar wurde in dieser Zeit erneut eine überarbeitete Skala eingeführt, um unpraktische Nachkommastellen (zum Beispiel Warp 9,9995 etc.) zu vermeiden.

Warpgeschwindigkeiten

In der ursprünglichen Serie wurden Warpfaktoren wahrscheinlich mit der Formel $s=w^{3}c$ in Vielfache der Lichtgeschwindigkeit umgewandelt. Diese Formel hatte allerdings den Nachteil, dass die Enterprise dabei zu langsam war, was zu den oben beschriebenen sehr hohen Warpfaktoren führen musste.

Für die späteren Serien entwickelte Mike Okuda eine neue Formel. Für Warp 1–9 war die Formel nun $s=w^{10/3}c$, wobei w der Warpfaktor (kleiner oder gleich 9) ist, s die Geschwindigkeit in km/s und c die Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 m/s). Für w gleich 10 sollte die Geschwindigkeit Unendlich sein. Okuda bestimmte die Geschwindigkeiten im Warpbereich von 9 bis 10 der Einfachheit halber mittels einer Papiergrafik und verzichtete auf die Entwicklung einer neuen Formel. Mittlerweile sind deshalb verschiedene Formeln im Umlauf, welche die von Okuda vorgegebenen Werte (siehe untenstehende Tabelle) mehr oder weniger gut annähern. Eine der genauesten ist die folgende:

$s=w^{{\frac {10}{3}}+a\left(-ln\left(10-w\right)^{n}\right)+f_{1}\left(w-9\right)^{5}+f_{2}\left(w-9\right)^{11}}c$

wobei w der Warpfaktor (zwischen 9 und 10) ist, s wieder die resultierende Geschwindigkeit, c die Lichtgeschwindigkeit und die Konstanten a = 0,0026432, n = 2,879267, f1 = 0,0627412 und f2 = 0,325746 sind.

Die späteren Serien hielten sich besser an diese Geschwindigkeiten als das Original, und wenn genaue Geschwindigkeiten angegeben wurden, passten sie meistens auch. Wenn allerdings keine Geschwindigkeiten angegeben wurden, bewegte sich das Schiff häufig viel zu schnell „mit der Geschwindigkeit der Handlung“. Ein Beispiel findet sich in der Enterprise-Pilotfolge: Hier wird eine Zeit und Geschwindigkeit zum Planeten Neptun angegeben, die mit der Formel der Originalserie in Einklang steht, danach wird aber von einer Reise zur klingonischen Heimatwelt gesprochen, die bei Warp 5 angeblich in vier Tagen zu schaffen sei. Kronos wäre demnach nur ein Lichtjahr von der Erde entfernt, also viel näher als das uns nächste Sonnensystem Alpha Centauri. Außerdem gab es einen Fehler in einer Next-Generation-Folge: die Strecke Romulus bis Vulkan haben die Romulaner mit Warp 1 innerhalb von 30 Minuten geschafft.

Funktionsweise des Warpantriebs

Um die gewaltigen Energiemengen zu erzeugen, die notwendig sind, um Warpgeschwindigkeit zu erreichen, verfügt jedes Star-Trek-Raumschiff über einen Materie-Antimaterie-Reaktor, der neben dem Antrieb auch die anderen Schiffssysteme wie Schilde und Waffen mit Energie versorgt. In der TNG-Episode Gefangen in einem temporären Fragment (Timescape) ist zu sehen, dass die Romulaner für ihre Schiffe eine künstliche Quantensingularität (schwarzes Loch), anstatt eines Antimaterie-Reaktors, benutzen.

In den seitlich am Schiff aufgehängten Warpgondeln wird ein Warpfeld erzeugt, das das Schiff teilweise in den sogenannten Subraum übergehen lässt (ein Raum, mit dem der normale Raum unterlegt ist, und der durch seine Kompaktheit überlichtschnelles Reisen ermöglicht). Solange das Warpfeld aktiv ist, bewegt sich das Schiff nun mit Warpgeschwindigkeit. Da es sich auf der Grenze zwischen dem normalen Raum und dem kompakten Subraum innerhalb seines Warpfelds in seinem eigenen lokalen „Universum“ befindet, werden die Gesetze der Physik nach dieser Theorie nicht verletzt; innerhalb seines eigenen „Universums“ bewegt sich das Schiff nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit. Da der Übergang von Unter- zu Überlichtgeschwindigkeit in weniger als der Planckzeit erfolgt, dieser Moment also physikalisch nicht messbar ist, wird in der Theorie auch die Lichtgeschwindigkeit selbst nie angenommen.

Während des Fluges sorgt die Deflektorschüssel dafür, dass keine Fremdkörper (die sich im normalen Raum befinden) in die Schiffshülle einschlagen. Da innerhalb von Sonnensystemen solche Objekte gehäuft auftreten, kann der Warpantrieb nur für Reisen zwischen zwei Systemen gefahrlos benutzt werden. Innerhalb eines Sonnensystems sollte aufgrund des hohen Verkehrsaufkommens stattdessen möglichst ein Unterlichtantrieb verwendet werden (oder man trägt – was meistens geschieht – das Risiko).

In der TNG-Episode Die Raumkatastrophe (Force Of Nature) entdeckte die Crew der Enterprise, dass Reisen bei hohen Warpfaktoren Löcher im Subraum verursachen, was besonders in stark „befahrenen“ Raumgebieten negative Effekte haben kann. Die Sternenflotte setzte daher für normalen „Flugverkehr“ als Höchstgeschwindigkeit Warp 5 fest. Man fand heraus, dass man die Entstehung von Subraumlöchern verhindern kann, wenn man das Warpfeld der höheren Geschwindigkeit durch Veränderung der Geometrie anpasst. Schiffe der Intrepid-Klasse (zu denen unter Anderem die USS Voyager gehört) setzen dies durch schwenkbare Warpgondeln um, die „saubere“ Lösung sind jedoch subraumschonende Warpgondeln der neuesten Generation, wie sie auf der neuen Enterprise E installiert sind. Die „echte“ Begründung der Paramount-Modellbauer ist natürlich, dass man nicht bis zum Wärmetod des Universums nur noch schwenkbare Gondeln im Voyager-Look verbauen möchte.

Der Warpantrieb von Miguel Alcubierre

Ebenfalls auf „Bewegung“ der Raumzeit ohne lokale Überschreitung der Lichtgeschwindigkeit beruht der Warpantrieb von Miguel Alcubierre. Durch entsprechende Wahl der Raumzeit ist es rein rechnerisch möglich, in einem Bereich derselben Überlichtgeschwindigkeit zu erreichen, ohne lokal die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten. Allerdings bräuchte man zur Herstellung einer solchen Metrik Materie mit negativer Energiedichte, so genannte exotische Materie. Für die Existenz solcher Materie gibt es bisher keinen Hinweis, zudem gibt es theoretische Argumente, die gegen deren Existenz sprechen.

Literatur zum Thema

• Stefan Thiesen: Trek Science – mit Warpgeschwindigkeit in die Zukunft?. MindQuest, Selm 2001, ISBN 3-93419-506-7
• Lawrence M. Krauss Die Physik von Star Trek. Heyne 1996, ISBN 3-45310-981-3

Siehe auch

• Überlichtgeschwindigkeit
• Hyperraum

Weblinks

• Das in seiner Lizenz zur Wikipedia inkompatible Star-Trek-Wiki Memory Alpha bietet ausführlichere Informationen zum Star-Trek-Universum, als sie in einer allgemeinen Enzyklopädie dargestellt werden können.

• Article in rebutal of Natario article (PDF)
• Shield Article (PDF)
• A Casually Connected Superluminal Warp Drive Spacetime (PDF)
• Reduced Warp Drive (PDF)
• EMG Warp Drive article (PDF)
• On Randall-Sundrum Brane Detuning and Hyperspace Drives (PDF)
• A Warp Drive with a more resonable total requirement (PDF)
• Warp Drive Without Exotic Energy
• A Superluminal Subway: The Krasnikov Tube (PDF)
• Quantum Inequality Restrictions on Negative Densities in Curved Spacetimes (PDF)
• Berechnung der Warp-Geschwindigkeit (u. a. Formeln, interaktiver „Warp-Rechner“; HTML)