[/Bildbeschriftung]
Das Alcubierre-Laufwerk ist eines der bekanntesten Warp-Laufwerke auf Papiermodellen - bei denen eine mögliche Methode des Warp-Laufwerks mathematisch zu funktionieren scheint, solange Sie sich nicht zu sehr mit der Physik der realen Welt und einigen lästigen Grenzproblemen beschäftigen.
Kürzlich wurde das Alcubierre-Antriebskonzept in mathematisch modelliertem Metamaterial getestet - was eine grobe Analogie zur Raumzeit liefern kann. Interessanterweise stellt sich heraus, dass der Alcubierre-Antrieb unter diesen Bedingungen die Lichtschranke nicht durchbrechen kann - aber durchaus in der Lage ist, 25% der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, was Sie nicht als langsam bezeichnen würden.
OK, also zwei konzeptionelle Probleme, mit denen man sich hier auseinandersetzen muss. Was zum Teufel ist ein Alcubierre-Antrieb - und was zum Teufel ist Metamaterial?
Der Alcubierre-Antrieb ist eine Art mathematisches Gedankenexperiment, bei dem Sie sich vorstellen, dass Ihr Raumschiff über einen Antriebsmechanismus verfügt, der eine Raum-Zeit-Blase so verziehen kann, dass sich die Komponente der Blase vor Ihnen zusammenzieht und Punkte vor Ihnen näher bringt - während die Blase dahinter Sie dehnen sich aus und bewegen das, was sich hinter Ihnen befindet, weiter weg.
Diese verzerrte Geometrie bewegt das Raumschiff vorwärts wie ein Surfer auf einer Welle der Raumzeit. Die dynamische und kontinuierliche Aufrechterhaltung dieser Verzerrung während der Vorwärtsbewegung des Schiffes kann aus Sicht eines Beobachters außerhalb der Blase zu Geschwindigkeiten führen, die schneller als Licht sind - während sich das Schiff im Verhältnis zur lokalen Raumzeit innerhalb der Blase kaum bewegt. Während der gesamten Reise ist die Besatzung im freien Fall und wird nicht von G-Kräften gestört.
Einige Einschränkungen des Alcubierre-Antriebsmodells bestehen darin, dass, obwohl die Mathematik vermuten lässt, dass eine Vorwärtsbewegung des Schiffes theoretisch möglich ist, nicht klar ist, wie es am Ziel starten und später anhalten kann. Der Mechanismus, der der Erzeugung der Blase zugrunde liegt, muss ebenfalls noch erklärt werden. Um die Raumzeit zu verzerren, müssen Sie die Masse oder die Energiedichte auf irgendeine Weise neu verteilen. Wenn dabei Partikel an die Ränder der Blase gedrückt werden, besteht die Gefahr, dass sich Partikel an der Grenze der Blase innerhalb des Bezugsrahmens der Raum-Zeit außerhalb der Blase schneller als Licht bewegen - was gegen ein Grundprinzip verstoßen würde der allgemeinen Relativitätstheorie.
Es werden verschiedene Umgehungslösungen vorgeschlagen, die negative Energie, exotische Materie und Tachyonen beinhalten - obwohl Sie sich zu diesem Zeitpunkt schon weit unten im Kaninchenbau befinden. Wenn Sie jedoch vor dem Frühstück sechs unmögliche Dinge glauben können, warum dann nicht auch eine Alcubierre-Fahrt?
Metamaterialien sind nun matrixartige Strukturen mit geometrischen Eigenschaften, die elektromagnetische Wellen (sowie akustische oder seismische Wellen) steuern und formen können. Bisher wurden solche Materialien nicht nur theoretisiert, sondern auch gebaut - zumindest mit der Fähigkeit, langwellige Strahlung zu manipulieren. Theoretisch könnten jedoch sehr feinpräzise Metamaterialien optische und kürzere Wellenlängen manipulieren - was das Potenzial für Unsichtbarkeitsmäntel und Tarnvorrichtungen für Raumfahrzeuge schafft… zumindest theoretisch.
Auf jeden Fall können Metamaterialien, die den größten Teil des elektromagnetischen Spektrums manipulieren können, mathematisch modelliert werden - auch wenn sie nicht mit aktuellen Technologien erstellt werden können. Diese Modellierung wurde verwendet, um virtuelle Schwarze Löcher zu erzeugen und die Wahrscheinlichkeit von Hawking-Strahlung zu untersuchen. Warum also nicht denselben Ansatz zum Testen eines Alcubierre-Warp-Antriebs verwenden?
Es stellt sich heraus, dass die Materialparameter selbst des sogenannten „perfekten“ Metamaterials es dem Alcubierre-Antrieb nicht ermöglichen, die Lichtgeschwindigkeit zu brechen, sondern eine Lichtgeschwindigkeit von 25% erreichen - das sind etwa 75.000 Kilometer pro Sekunde. Dies bringt Sie in etwa siebzehn Jahren zum Alpha Centauri-System, vorausgesetzt, Beschleunigung und Verzögerung sind nur kleine Bestandteile der Reise.
Ob die durch Metamaterial in diesem Test auferlegten Einschränkungen ein Hinweis darauf sind, dass es die Verzerrung der Raumzeit - die das Alcubierre-Laufwerk benötigt, um die Lichtgeschwindigkeit zu brechen - nicht angemessen emulieren kann oder ob das Alcubierre-Laufwerk dies einfach nicht kann, bleibt eine offene Frage . Überraschend und ermutigend ist, dass das Laufwerk tatsächlich funktionieren könnte ... ein bisschen.
Weiterführende Literatur: Smolyaninov, I. Metamaterialbasiertes Modell des Alcubierre-Warpantriebs.
