Astrophysiker der Universität Göttingen entdeckt theoretische Lösungen für hyperschnelle Solitonen

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, Forscher an der Universität Göttingen, umgeht dieses Problem: Er konstruiert aus Quellen mit ausschließlich positiver Energie eine neue Klasse von hyperschnellen „Solitonen“, also Wellenpaketen, die Reisen mit beliebiger Geschwindigkeit ermöglichen könnten. Die Ergebnisse der Studie sind ist in der Fachzeitschrift Classical and Quantum Gravity erschienen. Lentz analysierte bestehende Forschungsarbeiten und entdeckte Lücken in früheren Studien zum „Warp-Antrieb“. Er habe bemerkt, dass es noch nicht erforschte Konfigurationen der Raum-Zeit-Krümmung gebe, die in „Solitonen“ organisiert seien. Diese hätten das Potenzial, das Rätsel zu lösen, und seien physikalisch realisierbar. 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. Mehr als 50000 Jahre unterwegs: 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 50000 Jahre dauern. Der Warp-Antrieb ist bislang bekannt aus Science-Fiction-Geschichten. Die Freunden der Star-Trek-Filme haben die Enterprise-Raumschiffe bei ihren Reisen durch die unerforschten Weiten des Weltalls begleitet, die mit Warp-Geschwindigkeit unterwegs waren. Nach Albert Einsteins Relativitätstheorie ist die Fortbewegung mit einem Vielfachen der Lichtgeschwindigkeit nicht möglich. Zum einen würde dafür eine unendliche Energiemenge notwendig. Auch würde sich der Reisende rückwärts durch die Zeit bewegen. 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, dass es nicht zu den Komplikationen des so genannten „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 wären die Zwillinge nach den neuen Gleichungen gleich alt, wenn sie wieder vereint sind. „Näher an die Technik gebracht“: „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“, sagt Lentz. „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.“ Lesen Sie auch Dortmunder Physiker testet Star Trek Erfindungen Bestseller-Autor Metin Tolan stellt beim Göttinger Literaturherbst „Die Star Trek Physik“ vor Im Interview - Higgs-Teilchen wie Polizisten im Verkehr – GT - Göttinger Tageblatt Derzeit ist der Energiebedarf für diese neue Art des Raumfahrtantriebs noch immens. Lentz erklärt: „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. 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.“ Von Peter Krüger-Lenz