Weltraumreisen mit Lichtgeschwindigkeit: Wann werden sie Realität?

Die Vorstellung, mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen, fasziniert seit vielen Jahren nicht nur Science-Fiction-Autoren, sondern auch Wissenschaftler. Licht bewegt sich mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit von 299,792,458 Metern pro Sekunde. Mit dieser Geschwindigkeit könnte man die Erde in nur einer Sekunde mehr als siebenmal umrunden, und die Menschheit könnte endlich das Universum jenseits unseres Sonnensystems erforschen. 1947 überschritt der Mensch erstmals die Schallgeschwindigkeit (die übrigens viel langsamer ist) und ebnete damit den Weg für Verkehrsflugzeuge wie die Concorde und andere Überschallflugzeuge. Aber werden wir jemals mit Lichtgeschwindigkeit reisen können?

Basierend auf unserem heutigen Verständnis der Physik und den Grenzen der natürlichen Welt lautet die Antwort leider nein. Laut Albert Einsteins spezielle RelativitätstheorieDie Lichtgeschwindigkeit (c), beschrieben durch die berühmte Gleichung E=mc², stellt eine Art kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung dar, die nicht überschritten werden kann. Daher ist es physikalisch unmöglich, mit oder schneller als Lichtgeschwindigkeit zu reisen, insbesondere für alles, was Masse hat, wie Raumfahrzeuge und Menschen.

Selbst für sehr kleine Dinge wie subatomare Teilchen stellt die Energiemenge (E), die benötigt wird, um sich der Lichtgeschwindigkeit anzunähern, eine erhebliche Herausforderung dar. Der Large Hadron Collider (LHC), der größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, hat Protonen bereits auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Allerdings würde selbst ein winziges Proton nahezu unendliche Energie benötigen, um Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, und die Menschheit hat noch nicht herausgefunden, was „nahezu unendliche Energie“ eigentlich bedeutet.

Physiker und Enthusiasten sind sich jedoch sicher, dass es kein grundlegendes physikalisches Gesetz gibt, das Menschen daran hindert, durch den Weltraum zu reisen – es ist einfach nur sehr, sehr schwierig. Deshalb wollen wir heute einige mögliche Methoden für interstellare Reisen diskutieren, von der am wenigsten plausiblen bis zur plausibelsten aus Sicht von Experten auf diesem Gebiet.

Lesen Sie auch: Sind Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung schädlich? Erkenntnisse von Audiologen

Reisen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit

Man wird nie schneller als mit Lichtgeschwindigkeit reisen können. Zumindest wissen wir das dank Einsteins spezieller Relativitätstheorie – einer revolutionären Theorie, die Raum und Zeit miteinander verknüpfte. Zwar lässt sich leicht behaupten, dass zukünftige Fortschritte in der Physik diese Einschränkung überwinden könnten, doch die praktische Umsetzung eines solchen Konzepts dürfte deutlich komplexer sein.

Die spezielle Relativitätstheorie ist eine der am gründlichsten getesteten Theorien der gesamten Physik. Das liegt daran, dass sie nicht nur eine Theorie ist; sie ist eine meta-Theorie. Sie ist eine Anleitung, die uns hilft, andere physikalische Theorien zu entwickeln. Die spezielle Relativitätstheorie lehrt uns, wie Raum und Zeit grundlegend miteinander verbunden sind. Diese Verbindung setzt die Lichtgeschwindigkeit als grundlegende Geschwindigkeitsbegrenzung fest. Es geht nicht nur um Licht oder gar Bewegung; es geht um die Kausalität selbst.

Diese Theorie legt den Grundstein für die Verbindung zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Anders ausgedrückt: Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit könnten Zeitreisen ermöglichen, die in unserem Universum unmöglich erscheinen. Da alle anderen modernen physikalischen Theorien auf der Relativitätstheorie basieren, stellen wir mit jeder Überprüfung einer Theorie auch die Relativitätstheorie auf die Probe. Auch wenn wir uns hinsichtlich der fundamentalen Struktur der Raumzeit irren könnten, ist es unwahrscheinlich, dass die Lichtgeschwindigkeitsgrenze aufgehoben wird.

Lesen Sie auch: Nutze sie oder verliere sie: Wie KI das menschliche Denken verändert

Wurmlöcher

Die Lichtgeschwindigkeitsbegrenzung hängt auch mit der scheinbaren Unmöglichkeit von Wurmlöchern zusammen. Wurmlöcher sind Abkürzungen im Weltraum, die zwei beliebige Punkte im Universum verbinden. Diese seltsamen Objekte sind eine natürliche Vorhersage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, die erklärt, wie die Schwerkraft aus der Krümmung und Verzerrung der Raumzeit entsteht.

Die allgemeine Relativitätstheorie ermöglicht Wurmlöcher, indem sie die Raumzeit auf eine sehr eigentümliche Weise verzerrt. Es gibt jedoch einen kleinen Vorbehalt: Diese Objekte sind katastrophal instabil. Sobald irgendetwas, selbst ein einzelnes Photon, versucht, die Engstelle eines Wurmlochs zu durchdringen, zerreißt es sofort. Die einzige bekannte Möglichkeit, ein Wurmloch zu stabilisieren, besteht darin, einen Faden exotischer Materie hineinzuführen. Diese Materie hat eine negative Masse, die, wie Zeitreisen, in unserem Universum verboten zu sein scheint.

Es ist durchaus möglich, dass unsere zukünftigen Nachkommen eine alternative Methode zur Stabilisierung von Wurmlöchern entdecken und interstellare Reisen ermöglichen. Allerdings könnte die Zeit, die für die notwendigen physikalischen Durchbrüche benötigt wird, länger dauern als die Reise zu den Sternen selbst.

Lesen Sie auch: 6 faszinierende Fakten über Gravitationswellen und LIGO

Schiffe der Generationen

Während der Transport eines Raumschiffs zu einem anderen Stern kein grundlegendes physikalisches Problem darstellt, bringt er zahlreiche technische Herausforderungen mit sich. Eine der faszinierendsten Ideen für interstellare Reisen ist die Entwicklung von Generationenschiffen – großen, langsamen Schiffen, deren Passagiere ihr Ziel nicht erreichen würden. Stattdessen würden sie Generationen an Bord eines autarken Stadtschiffs verbringen, das schließlich einen anderen Stern erreichen würde.

Technisch gesehen ist die Menschheit bereits eine interstellare Spezies. Vor vielen Jahren durchquerte die Raumsonde Voyager 1 die Heliopause, die Grenze unseres Sonnensystems, und betrat den interstellaren Raum. Die gute Nachricht ist, dass dieses Kunststück nur wenige Jahrzehnte dauerte. Die schlechte Nachricht ist jedoch, dass dies erst der Anfang ist. Selbst bei einer unglaublichen Geschwindigkeit von über 57,940 km/h würde die Raumsonde, wenn sie auf Proxima Centauri zusteuern würde (obwohl dies nicht der Fall ist), unseren nächsten Nachbarstern in einer Entfernung von etwa 1 Lichtjahren, etwa 4.2 Jahre brauchen, um ihr Ziel zu erreichen. Diese Zeitspanne liegt vor der Entwicklung der ersten Städte und dem Beginn der Landwirtschaft. Die gute Nachricht ist jedoch, dass die Parker Solar Probe dank Schwerkraftunterstützungsmanövern derzeit die Höchstgeschwindigkeit von 40,000 km/h erreicht. Wäre sie auf dem Weg zu Proxima Centauri, würde sie etwa 700,000 Jahre benötigen, um dort anzukommen. Der Fortschritt ist offensichtlich.

Ein „Generationenschiff“ besteht also nicht nur aus einer Handvoll Generationen, sondern aus Hunderten von ihnen, die alle autark in der Leere zwischen den Sternen leben müssen, ohne zusätzliche Wasser-, Treibstoff-, Nahrungs- oder Ersatzteilquellen. Denn selbst 6,500 Jahre sind eine immense Zeitspanne.

Lesen Sie auch: Alles über Microsoft Majorana 1 Quantenprozessor: Durchbruch oder Evolution?

Ein sehr, sehr schnelles Schiff

Andere Enthusiasten argumentieren, man brauche kein riesiges, schwerfälliges Raumschiff, um andere Sterne schneller zu erreichen. Stattdessen sollte es so klein wie möglich sein. Auf diese Weise könnten Raketen oder andere Treibstoffe höhere Geschwindigkeiten erreichen und die Reise verkürzen. Zudem hilft die Relativitätstheorie bei hohen Geschwindigkeiten. Aufgrund der konstanten Lichtgeschwindigkeit unterscheidet sich die Bewegung im Raum von der Bewegung in der Zeit. Je schneller sich ein Objekt durch den Raum bewegt, desto langsamer bewegt es sich durch die Zeit. Nähert sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit, könnte ein Jahr für den Reisenden auf Monate, Tage oder sogar Minuten schrumpfen.

Leider treten diese relativistischen Effekte erst auf, wenn ein Objekt über 90 % der Lichtgeschwindigkeit erreicht – ein Meilenstein, den die Menschheit bisher nicht erreicht hat. Teilchenbeschleuniger beschleunigen Teilchen jedoch regelmäßig auf nahezu Lichtgeschwindigkeit, sodass dies durchaus möglich ist.

Die Herausforderung liegt darin, dass es sich um winzige Teilchen handelt, nicht um riesige Raumfahrzeuge. Um etwas von der Größe eines Menschen auf 90 % der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, wäre möglicherweise mehr Energie nötig, als die Sonne in tausend Jahren produziert. Dabei handelt es sich jedoch eher um ein technisches Problem als um eine grundlegende physikalische Einschränkung.

Lesen Sie auch: Tektonische Verschiebungen in der KI: Ist Microsoft Wetten auf DeepSeek?

Traditionelles Warp-Antriebskonzept

Das traditionelle Science-Fiction-Konzept eines Warp-Antriebs beinhaltet eine sehr spezifische Krümmung der Raumzeit: Sie wird vor dem Schiff komprimiert und hinter dem Schiff gedehnt. Theoretisch würde dies einem Raumschiff ermöglichen, effektiv schneller als das Licht zu reisen, ohne die lokale Geschwindigkeitsbegrenzung zu überschreiten. Frühere Forschungen zu dieser Idee deuteten jedoch darauf hin, dass hierfür exotische Materieformen mit „negativer Energiedichte“ erforderlich wären. Diese exotischen Materialien sind rein theoretisch und wurden bisher nicht beobachtet. Ihre Herstellung und Stabilisierung stellen erhebliche Herausforderungen dar.

In unserer alltäglichen Erfahrung wird Energie immer als positiv wahrgenommen. Selbst im Vakuum gibt es eine kleine Menge positiver Energie, die als „Vakuumenergie“ oder „Nullpunktenergie“ bezeichnet wird. Diese resultiert aus Heisenbergs Prinzip der Ungewissheit in der Quantenmechanik, die besagt, dass es in einem System immer Energieschwankungen gibt, selbst im niedrigstmöglichen Energiezustand.

Die Existenz negativer Energiedichte ist im Rahmen der bekannten Physik höchst spekulativ und problematisch. Die Gesetze der Thermodynamik und die Energiebedingungen der Allgemeinen Relativitätstheorie scheinen die Existenz großer Mengen negativer Energiedichte zu verbieten. Einige Theorien, wie die Casimir-Effekt und bestimmte Quantenfeldtheorien legen das Vorhandensein geringer Mengen negativer Energiedichte unter bestimmten Bedingungen nahe. Diese Effekte sind jedoch im Allgemeinen sehr gering und auf mikroskopische Skalen beschränkt.

Hier kommt neue Forschung ins Spiel. Forscher der angewandten Physik haben einen neuen Ansatz entdeckt, der eines Tages die Warp-Antriebstechnologie ermöglichen könnte. Das Team stellte das Konzept eines „Warp-Antriebs mit konstanter Geschwindigkeit“ vor, das auf den Prinzipien der Relativität basiert.

Das neue Modell kommt ohne exotische Energie aus und nutzt stattdessen eine komplexe Kombination traditioneller und neuartiger Gravitationsmethoden, um eine Warp-Blase zu erzeugen, die Objekte mit hoher Geschwindigkeit innerhalb der Grenzen der bekannten Physik transportieren kann. „Diese Forschung verändert unser Verständnis von Warp-Antrieben“, sagte Hauptautor Dr. Fuchs. „Mit der Demonstration des ersten Modells seiner Art haben wir gezeigt, dass Warp-Antriebe keine Science-Fiction sind.“

Das theoretische Modell der neuen Warp-Blase nutzt sowohl traditionelle als auch innovative Gravitationsmethoden, die durch das öffentlich zugängliche Tool Warp Factory ermöglicht werden. Diese Lösung ermöglicht den Transport von Objekten mit hohen, aber unterlichtschnellen Geschwindigkeiten ohne den Einsatz exotischer Energiequellen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Raumzeit-Warp-Antrieb so konstruiert wird, dass er sich gravitativ wie gewöhnliche Materie verhält – die erste Lösung dieser Art.

„Obwohl ein solches Design immer noch eine erhebliche Menge an Energie benötigt, zeigt es, dass Warp-Effekte ohne exotische Materieformen erreicht werden können“, ergänzte Dr. Christopher Helmerich, Co-Autor der Studie. „Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für zukünftige Reduzierungen des Energiebedarfs von Warp-Antrieben.“

Anders als bei Flugzeugen oder Raketen würden Passagiere an Bord eines Warp-Schiffs keine Gravitationskräfte spüren. Dies steht im krassen Gegensatz zu manchen Science-Fiction-Darstellungen. Die Forschung des Teams zeigt, wie ein solches Schiff aus gewöhnlicher Materie gebaut werden könnte. „Auch wenn wir noch nicht für eine interstellare Reise packen, läutet dieser Erfolg eine neue Ära der Möglichkeiten ein“, erklärte Gianni Martire, CEO der Abteilung für Angewandte Physik. „Wir machen weiterhin stetige Fortschritte, während die Menschheit in das Zeitalter der Warp-Reisen eintritt.“

Das Team für Angewandte Physik konzentriert sich nun darauf, diese Herausforderungen anzugehen, seine Modelle weiter zu verfeinern und mit verschiedenen Disziplinen und Institutionen zusammenzuarbeiten, um diesen einst fantastischen Traum Wirklichkeit werden zu lassen.

Lesen Sie auch: Die faszinierendsten Robotik-Innovationen des Jahres 2024

Schlussfolgerungen

Wir stehen an der Schwelle zu einer neuen Ära der Weltraumforschung und die Aussicht auf die Entwicklung von Warp-Antrieben ist verlockender denn je. Mit jeder neuen Entdeckung und jedem Durchbruch kommen wir den Sternen und den grenzenlosen Möglichkeiten, die uns in den Weiten des Weltraums erwarten, einen Schritt näher. Während die Menschheit sich auf die Suche nach Überlichtgeschwindigkeitsreisen begibt, möglicherweise mit Warp-Antrieben, können wir uns die unglaublichen Abenteuer und Entdeckungen, die das Universum für uns bereithält, nur vorstellen.

In ferner Zukunft wird die Menschheit, vorausgesetzt, unser heutiges physikalisches Verständnis (zumindest was Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit und Wurmlöcher angeht) noch Bestand haben, wahrscheinlich nur eine Handvoll kleinerer Missionen zu anderen Sternen und bewohnbaren Planeten unternehmen. Doch auch in unserem eigenen Sonnensystem gibt es unzählige Orte – Hunderte von Monden und Tausende von Asteroiden –, die eines Tages unsere Heimat sein könnten. Es ist ein riesiger Raum voller Geheimnisse, die es noch zu lüften gilt.

Es gibt keinen Ort wie zu Hause.

Lesen Sie auch:

• Biomimikry: Wie die Natur Ingenieure zu Innovationen inspiriert
• Atommüll: Was er ist und wie er entsorgt wird