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Star Trek - Warp Antriebstechnik
| Der Warp-Antrieb
1. Warp
- was ist das?
Warp ist bei Star Trek die Bezeichnung für
Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit. Erreicht wird das unter ziemlich
hohem Energie- und Materialaufwand durch Raumverzerrung mit dem Warp-Antrieb.
Wie der Antrieb genau funktioniert ist immer noch eine Frage der Interpretation
(siehe dazu die Literaturliste), es ist lediglich sicher, dass es etwas
mit einem Phänomen namens "Subspace" (zu deutsch: Subraum) zu tun
hat. Für den Warp-Antrieb gibt es eine eigene Geschwindigkeitsskala,
die Warp-Skala. Leider ist diese nicht in allen Star Trek-Serien die gleiche,
was immer
Eine gute Frage, denn jeder Antrieb braucht
Energie. Und der Warp-Antrieb
Normalerweise reagieren Materie und Antimaterie
unkontrolliert, sobald sie zusammentreffen. Zur Energieerzeugung muss diese
Reaktion kontrollierbar gemacht werden. Das geschieht mit Hilfe von Dilithium-Kristallen.
Wenn man diese einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld im Megawatt-Bereich
aussetzt, werden sie für Antimaterie durchlässig, d.h. die Antimaterie
strömt kontrolliert durch die Kristallstruktur, anstatt mit ihr zu
reagieren. Die Kristalle befinden sich in der Reaktionskammer im Maschinenraum,
wo die von unten zugeführte Antimaterie mit der von oben kommenden
Materie reagiert.
Obwohl es in keiner Episode erwähnt wurde, sind sich die meisten Fans einig, dass die Warp-Faktoren in TOS nach folgender Formel berechnet wurden: v / c = f ^ 3 [ v - Geschwindigkeit f - Warp-Faktor c - Lichtgeschwindigkeit ] Diese Formel findet sich auch in der Encyclopedia. Wie man an der Formel sieht, ist die Skala nach oben offen, und Geschwindigkeiten >= Warp 10 sind nichts besonderes. Für die Rechenfaulen hier noch eine Tabelle: Warp Geschwindigkeit 1
1c
Warp 14,1 erreichte die Enterprise in der Folge
"That Which Survives"
4.
Die Warp-Skala bei TNG und danach
Zwischen TOS und TNG wurde die Warp-Skala neu definiert. Es gibt viele (technische) Erklärungen dafür, aber der eigentliche Grund ist, dass Gene Roddenberry es so wollte. Insbesondere wollte er keine nach oben offene Skala mehr. Die neue Skala ist wie die alte expotentiell, steigt aber zwischen Warp 9 und Warp 10 asymtotisch an und endet bei Warp 10. Wohlgemerkt, nur die Warp-Skala ist nicht mehr nach oben offen. Es gibt weiterhin beliebig hohe Geschwindigkeiten, nur heissen diese jetzt nicht mehr Warp 14,1 oder Warp 25, sondern Warp 9,7 oder Warp 9,999. Leider waren Rick Sternbach und Michael Okuda (die 'technical consultants' von TNG) nicht klug genug, sich von Anfang an eine geeignete Formel herauszusuchen. Daher kommt jetzt zuerst die Tabelle: Warp Geschwindigkeit 1
1c
Für den Bereich unter Warp 9 ist es einfach,
eine Formel zu finden, und es
v / c = f ^ (10/3) Für den Bereich über Warp 9 ist das
wesentlich schwieriger. Man muss ein
v / c = f ^ (10/3) + (10 - f) ^ (-11/3) Weiterhin gibt es noch die Formel von Pete Carr: v / c = f ^ ( (10/3) + (1 / (10^5 - f^5) ) ) und die Formel von Martin Shields: v / c = f ^ (10/3) / (1 - (f/10) ^ ( 91,28 / (10-f) ^ 0,27 )) Die letzte kommt den Werten in der Tabelle
am nächsten.
5. Aber die Enterprise-D fliegt doch mit Warp 13! Ja, das tut sie, und zwar in der TNG-Episode
"All Good Things" ("Gestern, Heute, Morgen"). Mit der Warp-Skala von TNG
ist das absolut unmöglich. Die Skala endet bei Warp 10; jeder möglichen
Geschwindigkeit ist ein Warp-Faktor zwischen 0 (einschl.) und 10 (ausschl.)
zugeordnet. Zum Glück gibt es aber zwei einfache Erklärungen:
Erstens war das eine Enterprise aus (bzw. in) der Zukunft, und es ist gut
denkbar, dass die Skala inzwischen neu definiert wurde. Zweitens muss es
sich bei der Zukunft in dieser Folge um eine alternative Zeitlinie handeln,
da die reale Enterprise -D bekanntlich in "Generations" ("Star Trek: Treffen
der Generationen") zerstört wurde.
Dem interresierten Leser kann ich insbesondere
die diversen FAQs von
"Relativity and FTL Travel" von Jason W. Hinson
(hinson@physics.purdue.edu)
"Subspace Physics" von Jason W. Hinson (hinson@physics.purdue.edu)
"Warp Velocities" von Joshua Bell (jsbell@acs.ucalgary.ca)
"Warp and Subspace" von Joshua Bell (jsbell@acs.ucalgary.ca)
Die Technical Manual darf natürlich auch
nicht fehlen:
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des Warpantriebs, Zefram Cochrane, geboren. Wer weiß, vielleicht liest einer seiner Elternteile soeben diesen Artikel und öffnet damit das Tor zu Welten, die noch nie zuvor ein Mensch gesehen hat! |
| Um die Tiefe des Weltraums zu erforschen, verfügt die Enterprise über zwei Antriebssysteme: Ein Impulssystem für Flüge mit Geschwindigkeiten kleiner als der des Lichts und den Warpantrieb für Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit. An dieser Stelle ist übrigens zu erwähnen, dass die Beschreibung dringt in ferne Galaxien vor im Vorspann der alten Enterprise-Folgen nicht stimmt, da das Raumschiff stets innerhalb unserer Milchstraße operiert. Stolz führt Cheftechniker Scotty durch den Maschinenraum: "Der Impulsantrieb der Enterprise besteht aus Maschinen, die durch Kernfusion betrieben werden. Ihr Treibstoff befindet sich im primären Deuteriumtank und in zweiunddreißig Reservekryotanks. Die Kryotanks sind gewaltige Tiefkühltruhen, wo das gasförmige Deuterium auf wenige Grade über dem absoluten Nullpunkt (minus 273, 15 Grad Celsius) abgekühlt wird, so dass es in fester Form vorliegt. Deuterium ist schwerer Wasserstoff, besteht also aus einem Proton und einem Neutron, während normaler Wasserstoff nur aus einem Proton besteht. In der kugelförmigen Impulsreaktorkammer werden Deuterium-Brennstofftabletten zur Fusion gebracht. Das energiereiche Plasma wird durch eine Antriebsspulenanordnung geleitet und durch vektorielle Ausstoßleiter abgeführt. Um relativistische Effekte wie das Zwillingsparadoxon (die Zeit im Raumschiff vergeht langsamer als auf der Erde) beim Flug mit Unterlichtgeschwindigkeit gering zu halten, werden normale Impulsoperationen auf Geschwindigkeiten von ein Viertel Licht begrenzt." Seit fünfzig Jahren arbeiten die Wissenschaftler weltweit an der Realisierung der kontrollierten Kernfusion. Die Erfolge sind zwar vielversprechend, doch selbst der jüngste DELPHI-Report, der darstellt, was bis zum Jahr 2025 alles möglich ist, hält sich zur Realisierung der Fusionstechnik skeptisch. Manche Forscher meinen sogar, dass der erste Fusionsreaktor nicht vor dem Jahr 2050 ans Netz gehen wird. Sollte sich die Menschheit die Kraft der Kerne nutzbar machen können, stehen ungeahnte Möglichkeiten in der Raumfahrt offen. Treibstoff, wie zum Beispiel Deuterium, könnte ein interplanetares Raumfahrzeug aus der Atmosphäre der Gasriesen Jupiter oder Saturn gewinnen oder während des Fluges auftanken. Der amerikanische Physiker Robert W. Bussard konzipierte 1960 für den interstellaren Weltraumflug ein Antriebssystem (Ramscoop), ähnlich dem eines Staustrahltriebwerks von einem Düsenflugzeug. Das Raumschiff erzeugt ein Magnetfeld, das in Flugrichtung gerichtet ist und das interstellare Material, das sich im Weltraum befindet, in den Fusionsreaktor saugt. Das Problem ist, dass sich im interstellaren Raum in einem zehn Kubikzentimeter großen Würfel nur ein Atom befindet. Daher müßte das Magnetfeld unglaublich stark und von hoher Reichweite sein. Die Auswirkungen auf die Besatzung oder auf die Geräte an Bord lassen sich nur schwer abschätzen. Für den Flug zwischen den Sternen ist der Impulsantrieb unzureichend. Wegen der Zeitdilatation, also der Zeitdehnung, würde die Zeit an Bord des Raumschiffs langsamer verstreichen als auf der Erde. Und wenn die Crew wieder zum Heimatplaneten zurückkehrt, würden alle ihre Verwandten gestorben und je nach Reisedauer sogar die Menschheit verschwunden sein. Wie im Kinofilm STAR TREK - Der erste Kontakt erzählt wird, verdankt die Enterprise den Zugang zu den Tiefen des interstellaren Raumes dem Warpantrieb, den laut STAR-TREK-Geschichtsschreibung Zefram Cochrane im Jahr 2061 ersmals erprobt. |
| Geschwindigkeiten jenseits der des Lichts werden auf der Enterprise mit Warpfaktoren gemessen. Warpfaktor eins entspricht ungefähr einfacher Lichtgeschwindigkeit, Faktor drei bereits 39facher Lichtgeschwindigkeit. Die Höchstgeschwindigkeit der Enterprise liegt bei Warp 9,6 - das ist knappe 2000fache Lichtgeschwindigkeit. Die absolute Lichtmauer befindet sich bei Warp 10. Nichts kann sich im STAR-TREK-UNIVERSUM schneller bewegen. Nun ja, prinzipiell - denn in der Folge Die fremde Materie, in der die erste Enterprise durch die Energiebarriere am Rande der Galaxis gesteuert wird, erreicht sie einen Warpfaktor von 14,1. Durch eine Neu-Skalierung des Warpfaktors entspricht diese Geschwindigkeit dem Faktor 9,7 der neuen Enterprise. "Faszinierend, aber völlig unlogisch", würde Mr. Spock sagen. Wie schafft die Enterprise diese unglaublichen Geschwindigkeiten? Nach Albert Einstein darf sich in unserem Universum nichts schneller als das Licht bewegen. Aber bereits mit der Allgemeinen Relativitätstheorie und ihrer gekrümmten Raum-Zeit eröffnet sich ein Ausweg aus der mit Höchstgeschwindigkeit (Licht) befahrbaren Sackgasse aus Zeitdilatation (Zeitdehnung) und Längenkontraktion. Grundsätzlich erlaubt nämlich die Allgemeine Relativitätstheorie, dass sich ein Körper bezogen auf ferne Objekte schneller als das Licht bewegt, aber nur, wenn er lokal ruht. Beobachtet zum Beispiel ein Astronom auf der Erde, in der für uns scheinbar stillstehenden Milchstraße, eine sehr ferne Galaxie, die sich am Rande des sichtbaren Universums befindet, dann stellt er eine Fluchtgeschwindigkeit dieser Galaxie fest, die nahe der des Lichts ist. Ebenso würde aber ein Astronom in dieser fernen, für ihn ruhenden Galaxie feststellen, dass sich wiederum unsere Galaxie mit gewaltiger Geschwindigkeit von ihm wegbewegt. Der Grund für diese Beobachtungen ist, dass sich der Raum zwischen uns und der fernen Galaxie ausdehnt. Anschaulich läßt sich diese Raum-Ausdehnung durch das Aufblasen eines Luftballons zeigen, auf dessen Oberfläche Punkte aufgemalt sind. Mit jedem Atemzug wird der Abstand zwischen den Punkten größer, während jeder Punkt für sich am gleichen Ort verharrt. Welche Konsequenzen hat das für die Enterprise, die aus dem Erdorbit mit Warpgeschwindigkeit zu einem zehn Lichtjahre entfernten Stern fliegen möchte? Mit der geeigneten Technik könnte der Raum zwischen Erde und Enterprise gedehnt werden. Nach dem Manöver ist das Schiff in der Nähe des Sterns und zehn Lichtjahre von der Erde entfernt, ohne den Effekten der Speziellen Relativitätstheorie - wie der Zeitdehnung - zu unterliegen, da sich das Schiff in Bezug auf seine unmittelbare Umgebung nicht bewegt hat! Was als wüste Spekulation angesehen werden könnte, hat ein Physiker in Wales in ein theoretisches Gerüst gepackt. Miguel Alcubierre zeigte, dass die Allgemeine Relativitätstheorie so etwas wie einen Warpantrieb zuläßt. Doch welche Mittel sind zu dessen Realisierung notwendig? Das Problem ist, dass die Gravitation, also die Schwerkraft, eine stets anziehende und nie abstoßende Kraft ist. Gravitation ist nichts anderes als ein Maß für die Krümmung des Raumes, wie Albert Einstein mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie gezeigt hat (warp ist übrigens das englische Wort für Krümmung). Um den Raum nicht zu krümmen, sondern zu dehnen, braucht die Theorie einen Term für die Abstoßung. Für diesen Term wird negative Energie benötigt. Doch woher soll etwas derart Exotisches genommen werden. Quantenphysiker sind bekannt dafür, dass ihre Theorien allerlei Fremdartiges beinhalten - und tatsächlich: Auf subatomarer Ebene lauert die Lösung. Der Physiker Werner Heisenberg konnte zeigen, dass der leere Raum in kleinsten Dimensionen nicht wirklich leer, sondern eine brodelnde Küche aus winzigen Elementarteilchen ist, die scheinbar aus dem Nichts entstehen und nach unglaublich kurzer Zeit wieder dorthin verschwinden. Diesen Prozeß könnte man nutzen, um negative Energie auf makroskopischer Ebene zu bilden. Doch um einen Warpantrieb betreiben zu können, wäre eine so gewaltige Energiemenge notwendig, wie sie unsere Sonne in ihrer gesamten Lebenszeit produziert. Diese Überlegung stimmt pessimistisch, aber immerhin würde die Technik des Warpsystem auch Traktorstrahlen, Deflektorschirme und Tarnvorrichtungen ermöglichen. Warum? Mit negativer und positiver Energie läßt sich der Raum um die Enterprise beliebig verformen. Man braucht nur den Raum auf der abgewandten Seite des Raumschiffs auszudehnen und auf der zugewandten Seite schrumpfen zu lassen. Schon wird das Schiff zum Betrachter gezogen. Und wenn der Commander den Raum um sein Schiff stark genug krümmt, kann er auch einfallende Phaserstrahlen ablenken. Mehr noch, wir sehen Objekte, die kein eigenes Licht abstrahlen, nur, weil das darauf reflektierte Licht unserer Hornhaut trifft. Das bedeutet, wenn die Enterprise ihre Deflektorschilder aktiviert, müßte sie unsichtbar werden, da auch normale Lichtstrahlen um das Schiff gelenkt werden. |
