Wissenschaftler entdecken: Warp-Antrieb könnte Realität werden

• Unsere Teleskope sind in der Lage, Signale aus verschiedenen Frequenzbereichen wie Gamma-, Röntgen-, Infrarot- und Radiowellen zu erkennen. LIGO ist ein neuartiger Detektor, der Gravitationswellen identifiziert und wurde 2015 in Betrieb genommen. Ein hypothetischer Warp-Antrieb könnte die Raum-Zeit komprimieren und ausdehnen, um Reisen schneller als Lichtgeschwindigkeit zu ermöglichen. Alcubierres Berechnungen für einen Warp-Antrieb erfordern exotische Materie mit negativer Energiedichte, was in der Physik skeptisch betrachtet wird. Der Zusammenbruch eines Warp-Antriebs würde sowohl Gravitationswellen als auch Energie freisetzen und könnte theoretisch von unseren Detektoren erkannt werden.

Wie viel wissen wir wirklich darüber, was sich sonst noch im Universum befindet? Nehmen wir ein kurioses Beispiel: Angenommen, es gäbe Aliens, die mit einer Art Warp-Antrieb, wie wir ihn oft in Science-Fiction-Filmen sehen, durch unsere Galaxie fliegen. Wie würde das Signal ihrer Schiffe aussehen? Überraschenderweise zeigt uns die Technologie, dass wir in der Lage wären, diese Signale zu erkennen, unabhängig davon, ob solche Dinge tatsächlich existieren. Teleskope, die Licht zur Erkundung des Weltraums nutzen, können inzwischen fast bis an den Rand des Beobachtbaren sehen. Jede neue Frequenz, die wir untersucht haben – von Gammastrahlen und Röntgenstrahlen bis hin zu Infrarot und Radio – hat uns etwas Neues und Unerwartetes gelehrt.

Grenzen des Sichtbaren überwinden

Im Jahr 2015 wurde eine neue Art Teleskop, ein Detektor namens LIGO, in Betrieb genommen, der nicht nach Lichtwellen, sondern nach Gravitationswellen suchte. Diese unsichtbaren „Kräuselungen“ in Raum und Zeit überraschten uns erneut mit einem Signal, das von einem Paar Schwarzer Löcher stammte. Diese waren jeweils etwa 30 Mal so massiv wie unsere Sonne und verschmolzen in einer gewaltigen Kollision vor 1,4 Milliarden Lichtjahren. Seitdem sind Gravitationswellen zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Wissenschaftler geworden, die das Universum erforschen. Doch wir befinden uns noch ganz am Anfang unserer Forschungen. Welche Signale könnten wir in den Daten sehen und werden sie unser Verständnis der Physik des Kosmos verändern?

Von der Sci-Fi zur seriösen Wissenschaft

Ein Warp-Antrieb ist eine hypothetische Technologie, die den Raum vor einem Raumschiff komprimiert und dahinter ausdehnt. Während sich nichts schneller als das Licht bewegen kann, können wir bei einem Warp-Antrieb betrügen, indem wir die Distanz verkürzen. Die Zeit, die es braucht, um von A nach B zu gelangen, ist also kürzer als die Zeit, die das Licht auf einem anderen, nicht komprimierten Weg benötigt. Der Unterschied zwischen Science-Fiction und echter Wissenschaft wurde 1994 vom theoretischen Physiker Miguel Alcubierre gemacht, der inspiriert wurde, den Warp-Antrieb unter Nutzung von Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie zu berechnen.

Alcubierre begann mit dem Ergebnis: Er wusste, welche Art von Raum-Zeit-Krümmung er wollte – eine, in der ein Objekt auf einer Region gekrümmter Raum-Zeit surfen könnte. Also arbeitete er rückwärts, um herauszufinden, welche Art von Materiekonfiguration man benötigen würde, um dies zu schaffen. Es war keine natürliche Lösung der Gleichungen, sondern etwas „nach Maß Angefertigtes“.

Exotische Materie: Zwischen Realität und Skepsis

Er benötigte exotische Materie, etwas mit negativer Energiedichte, um den Raum auf die richtige Weise zu krümmen. Exotische Materie wird von Physikern allgemein mit Skepsis betrachtet, und das zu Recht. Während man mathematisch Material mit negativen Energien beschreiben kann, scheint fast alles, was wir wissen, eine positive Energie zu haben. Dennoch haben wir in der Quantenphysik beobachtet, dass kleine, vorübergehende Verletzungen der Energiepositivität auftreten können, sodass „keine negative Energie“ kein absolutes, fundamentales Gesetz sein kann.

Alcubierres Modell des Warp-Antrieb-Raum-Zeit-Signals lässt uns unsere ursprüngliche Frage beantworten: Wie würde ein Signal davon aussehen? Eine der Errungenschaften moderner Gravitationswellenbeobachtungen ist die Fähigkeit, Wellenformen aus physikalischen Szenarien genau vorherzusagen. Dies ist wichtig, weil die Daten, die wir von den Detektoren erhalten, oft noch sehr verrauscht sind. Das bedeutet, dass wir wissen müssen, wie ein Signal aussieht, um es aus dem Datenstrom herauszufiltern.

Vom Warp-Antrieb zu Wellen

Ein Problem mit der Warp-Antrieb-Raum-Zeit ist, dass sie nicht von Natur aus Gravitationswellen erzeugt, es sei denn, sie startet oder stoppt. Unsere Idee war, zu untersuchen, was passiert, wenn ein Warp-Antrieb stoppt, insbesondere im Falle eines Fehlers. Wenn das Warp-Antriebs-Feld zusammenbricht, würde vermutlich sowohl exotische Materie als auch Gravitationswellen explosiv freigesetzt. Wir simulierten dies mit numerischer Relativitätstheorie.

Was wir fanden, war, dass der Zusammenbruch der Warp-Antrieb-Blase in der Tat ein extrem gewaltsames Ereignis ist. Die enorme Energiemenge, die nötig ist, um die Raum-Zeit zu krümmen, wird sowohl als Gravitationswellen als auch als Wellen positiver und negativer Materie-Energie freigesetzt. Leider endet die Reise für die Besatzung des Schiffes wohl tragisch, da sie durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen würde. Wir wussten, dass ein Gravitationswellensignal ausgesendet würde; jede Bewegung von Materie in einer chaotischen Weise erzeugt eine solche Welle.

Für ein Schiff von einem Kilometer Größe wäre das Signal bei einem Ereignis in unserer Galaxie und sogar darüber hinaus signifikant. In einer Entfernung von einem Megaparsec (etwas weiter als die Andromedagalaxie) wäre das Signal vergleichbar mit unserer aktuellen Detektorenempfindlichkeit.

Zu neuen Horizonten

Auch wenn wir das definitive Warp-Antriebs-Signal nicht beanspruchen können, zeigt unser Beispiel, dass Fälle jenseits der Standard-Astrophysik modelliert werden können und vielleicht eigenartige Formen haben, nach denen zukünftige Detektoren suchen können. Unsere Arbeit erinnert uns daran, dass wir im Vergleich zur Untersuchung der Lichtwellen noch am Anfang stehen – wie zu Galileos Zeiten, als nur der schmale Frequenzbereich des sichtbaren Lichts erkundet wurde. Es gibt noch ein ganzes Spektrum von Gravitationswellenfrequenzen, die auf uns warten und uns ein neues Verständnis der Ereignisse im Raum und Zeit eröffnen können.