Wurmlöcher und der Warp-Antrieb

Raumschiff Enterprise
„Energie!“ Seit den 70iger Jahren kennt jeder diesen Befehl von Captain Kirk, wenn die Enterprise sich mit ihrem Warp-Antrieb in die unendlichen Weiten aufmacht und unsere Galaxie durchquert. Nur Science-Fiction? Wir werden sehen…

Bevor wir uns dieser Frage widmen, möchte ich zuerst auf die unglaubliche und unvorstellbare Größe des Universums eingehen. Die Entfernungen sind so überwältigend, dass selbst Reisen mit annähernder Lichtgeschwindigkeit absolut unpraktikabel erscheinen. Der nächste Stern ist bereits 4,2 Lichtjahre entfernt und eine Reise zum Zentrum unserer Milchstraße würde mit Lichtgeschwindigkeit knapp 50.000 Jahre dauern. Und die Milchstraße ist nur eine von mehrere hundert Milliarden Galaxien im Universum.
Zum Vergleich: Unsere Erde ist von der Sonne nur 8 Lichtminuten entfernt. Das klingt nicht viel, aber was 8 Lichtminuten wirklich bedeuten, kann man auf einer Webseite der DLRs eindrucksvoll erfahren. Dort kann man sich maßstabsgetreu von der Sonne zur Erde scrollen.
Nun können sich die meisten von uns auch Lichtgeschwindigkeit nicht wirklich vorstellen. Nehmen wir daher eine alltagstaugliche Geschwindigkeit – die eines Autos. Nun, für einen Kurzurlaub wird es leider nicht reichen, denn bei 100 km/h benötigt man für die Strecke Erde – Sonne fast 170 Jahre. Und bis zu unserem nächsten Nachbarstern gar 40 Milliarden Jahre.
Darüber hinaus ist es nach der allgemeinen Relativitätstheorie unmöglich, mit konventionellen Antriebstechnologien selbst Lichtgeschwindigkeit zu erreichen. Die Energiemenge, die benötigt wird, um einen massebehafteten Körper auf annähernde Lichtgeschwindigkeit Sonnensystemzu beschleunigen, geht gegen Unendlich. Wir leben also mitten in der Wüste und haben noch nicht mal ein Fahrrad. Es erscheint daher ziemlich undenkbar, dass wir jemals unser Sonnensystem verlassen könnten. Und genauso undenkbar erscheint es, dass wir bereits Besuch von anderen Sternen bekommen (haben).

Aber Moment, wir wollten doch über Wurmlöcher und Warp-Antrieb reden. Was auf den ersten Blick wie die Lieblingsthemen vieler SF-Autoren erscheint, ist nämlich nach den physikalischen Gesetzen durchaus denkbar. WurmlochBereits Albert Einstein hat in seinen Arbeiten nachgewiesen, dass eine unendliche Krümmung des Raums durch große Massen zur Bildung von Kurzschlüssen in der Raumzeit führen können. Diese Raumbrücken, auch Wurmlöcher genannt, verbinden potenziell zwei beliebig weit entfernte Punkte im Universum. Und da die Entfernungen so groß sind, kommt ein Durchgang durch ein Wurmloch auch immer einem Sprung in der Zeit gleich.
Was so praktisch klingt, hat aber einen kleinen Haken. Ein solches Wurmloch wäre unpassierbar. Die große Masse, die die Krümmung des Raums verursacht, würde gleichermaßen alles zerreißen, was sich ihr nähert. Ein heißer Kandidat für die Ausbildung von Wurmlöchern sind Schwarze Löcher. Es ist durchaus denkbar, dass Schwarze Löcher und der Eingang zu Wurmlöchern ein und dasselbe sind, denn die Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen ähneln sich sehr. Und so, wie ein Schwarzes Loch den Eingang eines Wurmlochs darstellt, wäre der Ausgang ein Weißes Loch, aus der die Materie wieder ausgeworfen wird.

Wurmlöcher sind also für interstellare Reisen etwas unpraktisch, da man sie nicht unversehrt durchqueren kann. Wie hat aber Captain Kirk dann mit seiner Crew die unendlichen Weiten erforschen können? Weder konnte er die Enterprise auf oder gar über Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, noch konnte er sein Schiff durch ein Wurmloch steuern, ohne es in die Elementarteilchen zu zerlegen. Nun, der Warp-Antrieb der Enterprise basiert auf einem kleinen Trick. Er erzeugt eine lokale Verzerrung der Raumzeit, eine Blase, in der vor dem Schiff der Raum gestaucht wird und hinter dem Schiff gestreckt. WarpblaseDie Enterprise bewegt sich im Zentrum dieser Blase, sozusagen im Auge des Sturms, durch die Raumzeit, ohne dass das Schiff selbst lokal eine Beschleunigung erfährt. Deswegen fällt auch keiner um, wenn Chekov Energie gibt.

Der Warp-Antrieb erzeugt also ein lokal begrenztes, sich in der Raumzeit bewegendes Wurmloch und die Enterprise bleibt immer in der Mitte zwischen dem Schwarzen und dem Weißen Loch an den beiden Enden der Raumkrümmung.
Klingt schon ziemlich fantastisch, oder? Nun, die NASA hat jedenfalls zur Jahrtausendwende den Warp-Antrieb im Rahmen des Breakthrough Propulsion Physics Programm ernsthaft untersucht. Das Programm wurde offiziell eingestellt, aber anscheinend existieren einige inoffizielle Nachfolgeprojekte.
Es könnte also sein, dass der Warp-Antrieb irgendwann mehr Science als Fiction sein wird. Allerdings steht noch eine große Herausforderung zwischen uns und dem Wochenendausflug zu Proxima Centauri, unserem nächstgelegenen Nachbarstern. Zur Erzeugung eines Warpfelds wird negative Energie benötigt. Und hier kommt die Exotische Materie ins Spiel. Diese übt, im Gegensatz zu normaler Materie (Protonen, Elektronen, etc.) eine negative Gravitation aus und verfügt über eine negative Energiedichte. Um die Raumzeit dauerhaft in eine Warpblase zu krümmen und ein Kollabieren zu verhindern, bedarf es Exotischer Materie mit ihren antigravitativen Eigenschaften. Einer der aktivsten Forscher auf dem Gebiet Wurmlöcher und Exotischer Materie, Matt Visser hat vor Kurzem eine Arbeit veröffentlicht, in der er berichtet, dass Wurmlöcher mit winzigsten Menge Exotischer Materie stabilisiert werden können. Der gleiche Effekt kann auch genutzt werden, um eine lokale Warpblase zu erzeugen.

Leider gibt es diese Exotische Materie nicht auf der Erde. Theoretische Modelle sagen voraus, dass diese Materieform im Innern von Neutronensternen vorkommt und Stephen Hawking hat im Modell nachgewiesen, dass bei Vakuumfluktuationen am Rand des Ereignishorizonts von Schwarzen Löchern ebenfalls Exotische Materie entsteht. Beides sind jetzt für uns nicht gerade praktikable Abbaugebiete, aber eine technologisch hinreichend weit entwickelte, außerirdische Zivilisation mag sich diese Quellen erschlossen haben.

Trotz aller Hindernisse diskutierten im September 2012 Forscher neue Aspekte und Möglichkeiten für die technische Realisierung eines Warp-Antriebs. Erstaunlicherweise wurde die Einstufung der theoretischen Machbarkeit eines solchen Antriebes von „unrealistisch“ in „durchaus umsetzbar“ geändert. Warten wir es mal ab.


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