Interstellar. Wissenschaft hinter den Kulissen" – ein Buch für alle, die mit dem Film nicht zufrieden sind

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Lifehacker veröffentlicht einen Auszug aus einem Buch von Kip Thorne, einem amerikanischen theoretischen Physiker, Autor der Idee zum Film Interstellar. In die Handlung des Bildes sind viele moderne physikalische Theorien und Ideen verwoben, deren Erklärung sich größtenteils hinter den Kulissen herausstellte. Wir sind uns daher sicher, dass das Buch sowohl Filmfans als auch Physikinteressierte ansprechen wird.

Interstellarer Flug

Beim ersten Treffen erzählt Professor Brand Cooper von den Lazarus-Expeditionen, um ein neues Zuhause für die Menschheit zu finden. Cooper antwortet: „Es gibt keine bewohnbaren Planeten im Sonnensystem, und der nächste Stern ist tausend Jahre entfernt. Das ist, gelinde gesagt, sinnlos. Wohin haben Sie sie geschickt, Professor?“Warum das sinnlos ist (wenn kein Wurmloch zur Hand ist), wird klar, wenn man bedenkt, wie groß die Entfernungen zu den nächsten Sternen sind.

Entfernungen zu den nächsten Sternen

Der nächstgelegene (die Sonne nicht mitgerechnete) Stern, in dessen System ein lebensfähiger Planet gefunden werden kann, ist Tau Ceti. Es ist 11,9 Lichtjahre von der Erde entfernt; das heißt, wenn man mit Lichtgeschwindigkeit reist, wird es in 11, 9 Jahren möglich sein, es zu erreichen. Theoretisch mag es Planeten geben, die für das Leben geeignet sind, die uns näher sind, aber nicht viel.

Um zu beurteilen, wie weit Tau Ceti von uns entfernt ist, verwenden wir eine Analogie in einem viel kleineren Maßstab. Stellen Sie sich vor, dass dies die Entfernung von New York nach Perth in Australien ist - ungefähr der halbe Erdumfang. Der uns am nächsten gelegene Stern (wiederum, die Sonne nicht mitgerechnet) ist Proxima Centauri, 4, 24 Lichtjahre von der Erde entfernt, aber es gibt keine Beweise dafür, dass es daneben bewohnbare Planeten geben könnte. Wenn die Entfernung nach Tau Ceti New York - Perth beträgt, dann ist die Entfernung nach Proxima Centauri New York - Berlin. Ein bisschen näher als Tau Ceti! Von allen unbemannten Raumfahrzeugen, die von Menschen in den interstellaren Raum geschossen wurden, erreichte Voyager 1, die jetzt 18 Lichtstunden von der Erde entfernt ist, die weiteste. Seine Reise dauerte 37 Jahre. Wenn die Entfernung zu Tau Ceti der Entfernung von New York nach Perth entspricht, dann beträgt die Entfernung von der Erde zur Voyager 1 nur drei Kilometer: wie vom Empire State Building bis zum südlichen Rand von Greenwich Village. Das ist viel weniger als von New York nach Perth.

Es ist von der Erde aus noch näher am Saturn - 200 Meter, zwei Blocks vom Empire State Building bis zur Park Avenue. Von der Erde zum Mars - 20 Meter und von der Erde zum Mond (die größte Entfernung, die Menschen bisher zurückgelegt haben) - nur sieben Zentimeter! Vergleichen Sie sieben Zentimeter mit einer halben Weltreise! Verstehst du jetzt, welcher Sprung in der Technologie erfolgen muss, damit die Menschheit Planeten außerhalb des Sonnensystems erobern kann?

Fluggeschwindigkeit im XXI Jahrhundert

Voyager 1 (beschleunigt mit Gravitationsschlingen um Jupiter und Saturn) entfernt sich mit einer Geschwindigkeit von 17 Kilometern pro Sekunde vom Sonnensystem. In Interstellar reist die Raumsonde Endurance in zwei Jahren mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von etwa 20 Kilometern pro Sekunde von der Erde zum Saturn. Die im 21. Jahrhundert mit Raketentriebwerken in Kombination mit Gravitationsschleudern erreichbare Höchstgeschwindigkeit wird meiner Meinung nach etwa 300 Kilometer pro Sekunde betragen. Wenn wir mit 300 Kilometern pro Sekunde nach Proxima Centauri reisen, dauert der Flug 5.000 Jahre und der Flug nach Tau Ceti 13.000 Jahre. Etwas zu lang. Um mit den Technologien des XXI Jahrhunderts schneller so weit zu kommen, braucht man so etwas wie ein Wurmloch.

Technologien der fernen Zukunft

Zwielichtige Wissenschaftler und Ingenieure haben große Anstrengungen unternommen, um die Prinzipien zukünftiger Technologien zu entwickeln, die den Nah-Leichtflug Wirklichkeit werden lassen. Im Internet finden Sie genügend Informationen zu solchen Projekten. Aber ich fürchte, es wird noch mehr als hundert Jahre dauern, bis die Menschen sie zum Leben erwecken können. Sie überzeugen jedoch meiner Meinung nach, dass für hochentwickelte Zivilisationen Reisen mit Geschwindigkeiten von einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit und höher durchaus möglich sind.

Hier sind drei Near-Light-Reisemöglichkeiten, die ich besonders interessant finde*.

Thermonukleare Fusion

Fusion ist die beliebteste dieser drei Optionen. 1950 begannen die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Schaffung von Kraftwerken auf Basis kontrollierter thermonuklearer Fusion, die erst 2050 von vollem Erfolg gekrönt sein werden. Ein Jahrhundert Forschung und Entwicklung!

Das sagt etwas über das Ausmaß der Komplexität aus. Bis 2050 sollen thermonukleare Kraftwerke auf der Erde erscheinen, aber was lässt sich über Raumflüge mit thermonuklearem Schub sagen? Die Motoren der erfolgreichsten Konstruktionen werden Geschwindigkeiten von etwa 100 Kilometer pro Sekunde erreichen können, bis zum Ende dieses Jahrhunderts voraussichtlich bis zu 300 Kilometer pro Sekunde. Für nahezu Lichtgeschwindigkeiten wird jedoch ein völlig neues Prinzip der Nutzung thermonuklearer Reaktionen erforderlich sein. Die Möglichkeiten der Kernfusion lassen sich mit einfachen Rechnungen abschätzen. Wenn zwei Deuteriumatome (schwerer Wasserstoff) zu einem Heliumatom verschmelzen, werden etwa 0,0064 ihrer Masse (etwa ein Prozent rund) in Energie umgewandelt. Wenn Sie es in kinetische Energie (Bewegungsenergie) eines Heliumatoms umwandeln, dann erreicht das Atom eine Geschwindigkeit von einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit **.

Wenn wir also die gesamte Energie, die aus der Fusion von Kernbrennstoff (Deuterium) gewonnen wird, in die gerichtete Bewegung des Raumfahrzeugs umwandeln können, erreichen wir eine Geschwindigkeit von etwa c / 10, und wenn wir schlau sind, sogar noch etwas höher. Im Jahr 1968 beschrieb und untersuchte Freeman Dyson, ein bemerkenswerter Physiker, ein primitives fusionsbetriebenes Raumfahrzeug, das in den Händen einer ausreichend fortgeschrittenen Zivilisation Geschwindigkeiten dieser Größenordnung erreichen kann. Thermonukleare Bomben ("Wasserstoffbomben") explodieren unmittelbar hinter dem halbkugelförmigen Stoßdämpfer, dessen Durchmesser 20 Kilometer beträgt. Die Explosionen treiben das Schiff vorwärts und beschleunigen es nach Dysons kühnsten Schätzungen auf ein Dreißigstel der Lichtgeschwindigkeit. Ein fortschrittlicheres Design kann möglicherweise mehr. 1968 kam Dyson zu dem Schluss, dass ein Motor dieses Typs frühestens am Ende des XXII. Jahrhunderts, also in 150 Jahren, eingesetzt werden kann. Ich halte diese Einschätzung für zu optimistisch.

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So attraktiv all diese Zukunftstechnologien auch erscheinen mögen, das Wort „Zukunft“ist hier entscheidend. Mit der Technologie des 21. Jahrhunderts sind wir in weniger als Tausenden von Jahren nicht in der Lage, andere Sternensysteme zu erreichen. Unsere einzige gespenstische Hoffnung auf einen interstellaren Flug ist ein Wurmloch, wie in Interstellar, oder eine andere extreme Form der Raumzeitkrümmung.