Exotische Kräfte: Brechen Traktorstrahlen die Gesetze der Physik?

Warp-Laufwerk. Site-to-Site-Transporter-Technologie. Ein riesiges Netzwerk interstellarer Wurmlöcher, die uns in reiche außerirdische Welten führen. Abgesehen von einer umfangreichen Urlaubswunschliste, die uns in Science-Fiction-Franchises wie Gene Roddenberrys "Star" präsentiert wurdenTrek" haben unzählige Millionen Menschen dazu inspiriert, von einer Zeit zu träumen, in der Menschen mithilfe von Technologie über die alltäglichen Grenzen der Natur hinausragen und das Universum erforschen.

Aber um den kürzesten Weg zu garantieren, um zumindest einige dieser Ideen in echte wissenschaftliche Durchbrüche zu verwandeln, müssen wir Ideen wie die allgemeine Relativitätstheorie bis zum Zerreißen treiben. Tractor Beams, eine der exotischsten Ideen des Genres, die Manipulation beinhaltetRaumzeit, um Objekte aus der Ferne zu ziehen oder zu schieben, führt uns über das alltägliche Paradigma der Wissenschaft hinaus an den Rand der theoretischen Physik. Und ein Team von Wissenschaftlern untersuchte, wie sie funktionieren könnten eine aktuelle Studie, die auf einem Preprint-Server geteilt wurde.

"Bei der Erforschung von Science-Fiction-Ideen wie Traktorstrahlen besteht das Ziel darin, einen Abgrenzungspunkt zu finden, an dem etwas mehr benötigt wird, wie zum Beispiel die Quantengravitation", sagte Sebastian Schuster, ein in mathematischer Physik promovierter Wissenschaftler an derKarls-Universität Prag, in einem Interview mit IE. Und um herauszufinden, ob Traktorstrahlen funktionieren können, könnten wir auch noch exotischere Kräfte wie die Quantengravitation aufdecken. Also schnallen Sie sich an.

Biegung der Warpantriebstheorie in Traktorstrahlstudien

"Warpantriebe, Traktorstrahlen, Wurmlöcher – all diese exotischeren Ideen, die wir oft in Science-Fiction finden", sagte Schuster. Zusammen mit seinen Kollegen untersuchte er, wie Traktorstrahlen im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie funktionieren könnten, wo dieGefüge von Raum-Zeit-Krümmungen und -Verdrehungen aufgrund der Anwesenheit von Masse, in einem Prozess, den wir als Gravitation kennen. Anfang dieses Jahres analysierten Schuster und seine Kollegen Matt Visser und Jessica Santiago, beide von der Victoria University of Wellington, eine Reihe von Studienunterstützenddie Möglichkeit eines brauchbaren Warp-Antriebsmotors. Ihre Schlussfolgerungen wurden nicht von dem Hype beeinflusst, der neue Theorien über das Reisen über Lichtgeschwindigkeit umgab, aber sie sahen vielversprechend darin, andere Science-Fiction-Ideen unter der allgemeinen Relativitätstheorie zu testen.

Ideen wie Traktorstrahlen.

„Die Grundidee besteht darin, die 'Warp Drive'-Raumzeiten in geeigneter Weise signifikant zu modifizieren und anzupassen, ihnen ein 'strahlähnliches' Profil zu geben und die induzierten Spannungen und Kräfte zu analysieren“, schreiben die Forscher im Preprint"Anstelle eines Raumschiffs, das in einer Warpblase reitet, nehmen wir an, dass das Warpfeld die Form eines 'Strahls' hat, der erzeugt wird, um ein Ziel zu ziehen/abzustoßen." Natürlich fehlt uns die technologische Fähigkeit, die Raumzeit zu beugen mit Maschinen, weshalb Schuster und seine Kollegen "vermuten, dass irgendeine willkürlich fortgeschrittene Zivilisation die entsprechende Strahlerzeugungstechnologie entwickelt haben könnte."

Verletzung der Nullenergiebedingung der Allgemeinen Relativitätstheorie

Die Anziehungskraft mag sich zunächst zu stumpf anfühlen, aber die Implikationen einer Fähigkeit, die Schwerkraft der Anziehungskraft zu kontrollieren und massive Objekte zu uns zu "ziehen", würde alles ändern. Stellen Sie sich vor, Sie würden einen gefährlichen, eine Apokalypse auslösenden Asteroiden durch Biegen von der Erde wegschiebendas Gefüge der Raumzeit um ihn herum, wie ein Schiff, das von einer riesigen Welle abgelenkt wird. Oder noch besser, warum nicht diesen Asteroiden abbauen? Mindestens ein Asteroid wurde gefunden im Wert von geschätzten 11 Billionen US-Dollar — und wenn wir es in eine bequeme Umlaufbahn bringen würden, würden unsägliche Reichtümer nur wenige Minuten entfernt mit einer Rakete geparkt. Vielleicht könnten wir es sogar langsam auf der Erdoberfläche absetzen und eingraben.

"Bei Traktorstrahlen, wenn wir die Zugkraft berücksichtigen, ist dies sowohl das, was ein Traktorstrahl tut, als auch das, was zwei Planeten tun würden, wenn sie nahe gebracht und freigegeben werden bevor sie kollidieren," sagte Schuster. "Aber mit aStrahl, Sie haben etwas begrenzt in der Größe – es ist gerichtet und geht nicht über die gewünschte Entfernung hinaus.“ Wenn Sie einfach den Bereich begrenzen oder einschränken, in dem wir einen Traktorstrahl erzeugen möchten, „ist das bereits genug, um seltsame Exoten zu erfordernMaterialien, obwohl wir mehrere physikalische Beispiele für diese exotischen Materialien haben, die die lokalen Versionen der Energiebedingungen verletzen also nicht so exotisch sind."

Natürlich gibt es andere, nicht-gravitative Formen von Traktorstrahlen. „Das berühmteste Beispiel verwendet eine Art Tongerät“, sagte Schuster. „In solchen Fällen haben Sie normalerweise eine Reihe kleiner Lautsprecher und verwenden dieKlang, um den Klang zu dir hin oder von dir weg zu ziehen oder von dir wegzudrücken – effektiv einen akustischen Traktorstrahl zu erzeugen." Als Schallwellen beruht diese attraktive Harmonie jedoch auf einem Volumen von Materie, um die Schallwelle zu verbreiten, oder etwas, in dem ein Objekt zu"Traktor" näher oder weiter bewegen kann. "Das ist normalerweise Luft", sagte er. Aber im Weltraum, "obwohl immer das ein oder andere Teilchen herumfliegt, gibt es nichts, womit man eine Schallwelle machen könnte." Deshalb drehte sich Schuster umzur Idee von Gravitationsfeldern als Mittel zur Bewegung von Objekten im Raum.

Zum Testenein Traktorstrahl die das Gefüge der Raumzeit Schwerkraft manipuliert, riefen Schuster und seine Kollegen mehrere Energiebedingungen auf, von denen eine Nullenergiebedingung NEC genannt wird. „Grundsätzlich ist die NEC eine Aussage für Teilchen, die sich amLichtgeschwindigkeit – egal welche Richtung oder Flugbahn ein Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit hat, es wird bestimmte physikalische Größen sehen, und der NEC ist eine Aussage darüber, ob diese positiv oder negativ sind", erklärte Schuster gegenüber IE. "Wenn eine bestimmteKombination dieser Größen ist immer positiv, dann ist der NEC erfüllt."

Schusters Team benutzte eine einfache Art von Licht, um ein theoretisches Modell für Traktorstrahlen zu erstellen, beginnend mit dem NEC, und fügte dann Implikationen hinzu. Bis sie auf einen theoretischen Haken stießen. Unter einem Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie wurden die Implikationen für Traktorstrahlen weitergeführtSpitze des NEC galt nicht.

Eine Theorie der Quantengravitation könnte das Geheimnis von Warpantrieb, Traktorstrahlen und mehr enthüllen

"Da wir mit dem NEC in einer Kette von Implikationen begannen, wussten wir, dass der NEC nicht halten konnte", fasst Schuster zusammen, warum Traktorstrahlen unter der allgemeinen Relativitätstheorie in Schwierigkeiten geraten sind. "Wir hatten eine Liste von Implikationen, die verletzt wurdenin unserem Fall, und daher wissen wir, dass die NEC in unserer Art von Raumzeit verletzt wird.“ Und da die NEC die schwächste aller Energiebedingungen ist, konnten die Forscher folgern, dass auch alle anderen verletzt würden. AberDies bedeutet nicht, dass alle Hoffnung auf einen machbaren Traktorstrahl verloren ist.

"Der Casimir-Effekt ist ein echter und gemessener Effekt, bei dem wir wissen, dass diese Energiebedingungen verletzt werden", fügte er hinzu und verwies auf ein Quanteneffekt, dessen erfolgreiche Messung Jahrzehnte dauerte„zu so etwas wie der exotischen Raumzeit [wie ein Traktorstrahl], die wir in Science-Fiction-Shows wie "Star Trek" sehen.Werbung

wie die Quantengravitation funktionieren würde. "Viele Leute sagen gerne, es sei Stringtheorie, andere sagen, es sei kausale Mengentheorie", fügte er hinzu.Werbung

eine Theorie, um sie alle zu beherrschen.Werbung