Ansatzpunkte: Warp-Antrieb und Co.
Unser Mond ist in wenigen Tagen zu erreichen, die Planeten unseres Sonnensystems je nach Entfernung und Energieaufwand in Monaten oder Jahren. Reisen zu Nachbarsternen würden auch mit Fusions- oder Antimaterie-Antrieben Jahrzehnte dauern. Schnellere Raketen mildern das Zeitproblem etwas, trotzdem müssen riesige Mengen Treibstoff mitgeschleppt werden, Nachtanken ist nur hier und da möglich, flexible Flugbahnen sind unmöglich. Der wissenschaftliche Durchbruch in der Raumfahrttechnik ist daher wünschenswert. Dieser Durchbruch würde jenseits der heute prinzipiell machbaren Antriebe liegen und vielleicht teilweise den Wechsel unser physikalischen Grundannahmen fordern. Das solch ein Wechsel möglich ist, zeigt die Wissenschaftsgeschichte mehrfach. Falls die Lösung des Antriebsproblems existiert, werden wir sie nicht finden, wenn wir allzu konservativ denken. Welche Ansatzpunkte gibt es?
Auswahl einiger Ansatzpunkte
(nicht unbedingt unabhängig voneinander)
1. Allgemein. Das Antriebssystem erzeugt den Vortrieb durch Wechselwirkung mit seiner unmittelbaren Umgebung (Spacedrive, Raumantrieb, Feldantrieb). Was aber ist die unmittelbare Umgebung im Vakuum des Weltraums? Zur Umgebung gehören unter anderem der Raum selbst (was auch immer das ist), wenige Atome oder Moleküle pro Kubikmeter, kosmische Strahlung, elektromagnetische und Schwerkraft-Felder sowie Vakuumenergie (Nullpunktenergie).
2. Vakuumenergie. Der Antrieb wird durch Wechselwirkung mit den elektromagnetischen Nullpunktschwingungen des Vakuums (Vakuumenergie, Nullpunktenergie) erzeugt. Dass so etwas prinzipiell funktionieren könnte, haben Jordan Maclay und Robert Forward in ihrer theoretischen Arbeit A Gedanken Spacecraft that Operates Using the Quantum Vacuum (Dynamic Casimir Effect) gezeigt (in Foundations of Physics, Vol. 34, March 2004, pp. 477-500).
3. Masse als Vakuumeffekt. Schwerkraft und Massenträgheit (Widerstand gegen Beschleunigung) werden beschrieben als Folge elektromagnetischer Kräfte zwischen den Ladungsträgern der Materie und der Nullpunktstrahlung des Vakuums (Vakuumenergie, Nullpunktenergie). Zu diesem Thema gibt es bereits einige viel versprechende wissenschaftliche Untersuchungen. Möglicherweise lassen sich Methoden finden, mit denen diese Wechselwirkungen - und damit Schwerkraft und Masse - beeinflusst werden können. (Ein anderer Ansatz, die Massenträgheit zu erklären, wird unter 4. gewählt.)
4. Das Mach′sche Prinzip. Was ist die Ursache dafür, dass eine Masse einen Widerstand gegen ihre Beschleunigung erzeugt (Massenträgheit)? Anders herum: Kann die Masse in einem ansonsten absolut leeren Universum ihre Beschleunigung "spüren"? Wie sollte in einem ansonsten absolut leeren Universum die Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Masse bestimmt werden? Anscheinend geht das nicht, weil kein Bezugspunkt vorhanden ist. Das Mach′sche Prinzip (Ernst Mach, 1838 - 1916) sieht die Beschleunigung einer Masse in Bezug auf die Gesamtheit aller anderen Massen im Universum. Die Ursache der Massenträgheit liegt demnach in irgendeiner Wechselwirkung der Masse mit allen anderen Massen (anders als unter 3.). In neueren Arbeiten versuchen James F. Woodward und T. Mahood, diese vage Vorstellung zu konkretisiert. Sie zeigen, wie die Schwerkraft sämtlicher Massen des Universums zu einer von der Beschleunigung abhängigen Kraft führen könnte. Woodward leitet daraus die Möglichkeit ab, die Trägheit einer Masse zu verändern und dadurch einen Antrieb zu konstruieren.
5. Warp-Antrieb. Selbst in etablierten Wissenschaftskreisen wird der Warp-Antrieb inzwischen ernsthaft diskutiert. Miguel Alcubierre von der Universität Wales stellte 1994 in Anlehnung an die Sciencefiction-Kultserie Star Trek das physikalische Prinzip des Warp-Antriebs vor. Dazu betrachtete er eine spezielle blasenartige Verzerrung der Raumzeit. Wegen der extremen Raumzeit-Stauchung in Bewegungsrichtung und Ausdehnung in Gegenrichtung, könnte sich das Innere der Blase relativ zum Außenraum schneller als das Licht bewegen - falls die energetischen Anforderungen drastisch verringert werden können.
6. Negative Masse. Negative Masse ist nicht dasselbe wie Antimaterie, denn auch Antimaterie besitzt positive Masse. Negative Mass ist die Eigenschaft einer hypothetischen Form der Materie, deren träge und schwere Masse negativ sind. (Die träge Masse charakterisiert den Widerstand gegen Beschleunigung und die schwere Masse die Fähigkeit, andere Massen anzuziehen oder von ihnen angezogen zu werden.) Entdeckt wurde diese Form der Materie bisher nicht. Während eine positive Masse alle anderen Massen anzieht, stößt eine negative Masse alle anderen Massen ab. Wenn der Impuls p normaler (positiver) Masse m mit der Geschwindigkeit v gleich mv ist, ist der Impuls negativer Masse gleich -mv und die kinetische Energie -½mv². Es wird noch merkwürdiger: Negative Masse beschleunigt entgegen der Richtung, der auf sie wirkenden Kraft F, a=-m/F! Aus Materie mit diesen Eigenschaften könnten wir einen Antrieb konstruieren: Bringen wir eine negative Masse in die Nähe eines Raumschiffs mit positiver Masse, beschleunigen beide Massen stetig in dieselbe Richtung. Sind beide Massen vom Betrag her gleich, sind auch ihre Beschleunigungen gleich, so dass ihr Abstand konstant ist. Aufgrund des negativen Vorzeichens der einen Masse bleiben der Gesamtimpuls und die Gesamtenergie trotzdem konstant null, Impuls und Energie bleiben also erhalten. Ob negative Masse jemals entdeckt wird, bleibt abzuwarten.
