Wenn Sie bereits ein Star Wars-Fan sind, wissen Sie, dass die Geschichten in einer weit entfernten Galaxie spielen, also sollten die Gesetze der Physik immer noch gelten. Andererseits handelt es sich offensichtlich um fiktive Werke; Hat es Sinn, diese Gesetze anzuwenden? Mein Buch macht den Fall, dass es sowohl Spaß macht als auch sich lohnt, dies für eine Reihe von Star Wars-Technologien zu tun, einschließlich der wichtigsten: Hyperspace.
1905 formalisierte Einstein seine spezielle Relativitätstheorie. Nach dieser Theorie ist die Lichtgeschwindigkeit nicht nur eine konstante, sondern auch die universelle Geschwindigkeitsbegrenzung. Theorien, die vorschlagen, wie man schneller als die Lichtgeschwindigkeit reisen könnte, wurden aufgestellt, von Wurmlöchern über Tesserakte bis hin zu Zeitreisen. Einige dieser Theorien nutzen zusätzliche Dimensionen, die wir nicht sehen können. Aber wie realistisch sind diese Vorschläge? Gibt es mehr als drei Dimensionen? Ist es möglich, schneller als das Licht zu reisen? Was ist ein Wurmloch und wie würde es uns ermöglichen, große Entfernungen in kurzer Zeit zurückzulegen?
Hintergrundgeschichte
In Star Wars ist der Hyperraum ein extradimensionaler Raum, durch den Schiffe reisen können, um sich schneller durch die Galaxie zu bewegen, als es durch Reisen durch den realen Raum erlaubt wäre. Dazu muss ein Schiff mit einem Hyperantrieb ausgestattet sein. Aber in den Hyperraum zu gehen ist nicht ohne Gefahren. „Reisen durch den Hyperraum ist nicht wie das Abstauben von Ernten“, erklärt Han Solo. „Ohne genaue Berechnungen könnten wir direkt durch einen Stern fliegen oder zu nahe an eine Supernova springen.“ Bei solch schwerwiegenden Risiken ist es wichtig, sich auf Hyperdrive-Computer zu verlassen.
Die Physik von Star Wars
Der Hyperraum ist theoretisch eine Reihe zusätzlicher Dimensionen, die über die drei hinausgehen, die wir täglich erleben. Diese zusätzlichen Dimensionen können entfernte Punkte im realen Raum verbinden. Dies ermöglicht (in gewissem Sinne) schnellere Geschwindigkeiten als das Licht. Betrachten Sie zum Beispiel den Flug von Tatooine nach Alderaan. Wenn Owen einen Laser einschaltet, der direkt auf Alderaan gerichtet ist (und wir gehen davon aus, dass es keine Hindernisse gibt und der Strahl genau genug gerichtet bleibt, um in Alderaan detektierbar zu sein), sprang der Millennium Falcon im selben Moment in den Hyperraum Der Millennium Falcon würde ankommen, bevor der Laserstrahl Alderaan erreichte. Es scheint, als ob der Millennium Falcon „schneller als das Licht“ reiste.“
Es gibt Probleme mit dieser theoretischen Erklärung. Eine davon ist die Idee, dass Ursache und Wirkung davon abhängen, dass Dinge in einer bestimmten Reihenfolge geschehen. Einfacher gesagt, damit ein Ereignis ein zweites Ereignis verursacht, muss das erste Ereignis vor dem zweiten Ereignis stattfinden. Das scheint einfach genug und hat nichts mit dem Hyperraum zu tun, aber das Konzept der Gleichzeitigkeit wirft einen Schraubenschlüssel in alles.
Bedenken Sie Folgendes: Sie sitzen auf einem Stuhl neben einer Hochgeschwindigkeitsstrecke und beschließen, zwei Feuerwerkskörper gleichzeitig zu zünden, eines auf beiden Seiten. Aus Ihrer Sicht starten sie genau im selben Moment. Wenn Ihr Freund in einem Zug fahren würde, der nahe an der Lichtgeschwindigkeit fährt, während das Feuerwerk gestartet wird, würde dieser Freund den Start des Feuerwerks zu verschiedenen Zeiten sehen. Ein Ereignis, das für Sie simultan ist, wäre für Ihren Freund nicht simultan. Ebenso können Sie das Feuerwerk zu unterschiedlichen Zeiten starten, sodass es im Referenzrahmen Ihres Freundes gleichzeitig gestartet wird.
Der Haken ist, wenn der Zug deines Freundes schneller als die Lichtgeschwindigkeit fährt, wird die Reihenfolge, in der das Feuerwerk startet, für dich (als stationärer Beobachter) anders erscheinen als für deinen Freund (als Beobachter, der schneller als das Licht reist).
Du denkst vielleicht, nun, Feuerwerk ist ein dummes Beispiel. Wen kümmert es, wenn Sie in der Reihenfolge, in der das Feuerwerk gestartet wurde, nicht einverstanden sind? Dieses Gedankenexperiment zeigt uns jedoch den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und der Abfolge der Ereignisse. Den Gesetzen der Physik ist es egal, was diese Ereignisse sind. Stellen Sie sich vor, Sie feuern einen Blaster ab (Ereignis 1) und der Bolzen trifft das Ziel (Ereignis 2). Oder ein Buch lesen (Ereignis 1) und einem Freund erzählen, was Sie gelesen haben (Ereignis 2). Wie Sie sehen, wäre die Reihenfolge, in der diese Ereignisse stattfinden, unsinnig, wenn sie umgekehrt würden. Technisch gesehen wäre es möglich, dass der Millennium Falcon schneller als das Licht an Alderaan vorbeifliegt, wenn er explodiert, und rechtzeitig am Todesstern ankommt, um zu verhindern, dass die Waffe überhaupt feuert.
Es gibt jedoch Möglichkeiten, wie das Reisen durch den Hyperraum keine Verletzung der Relativitätstheorie erfordern würde. Die Idee, dass zwei Punkte im realen Raum durch einen „Tunnel“ verbunden sind, der zusätzliche Dimensionen nutzt, ist in physikalischen Theorien nicht unbekannt. Diese Verbindungen zwischen Punkten in der Raumzeit werden Wurmlöcher genannt. So funktioniert ein Wurmloch: Halten Sie ein Stück Papier vor sich und falten Sie es in zwei Hälften. Nehmen Sie nun einen Bleistift (oder einen anderen scharfen Gegenstand) und stechen Sie ein Loch durch das gefaltete Papier. Stellen Sie sich nun vor, eine Ameise möchte von einer Seite des Papiers zur anderen gehen. Wenn es entlang der Oberfläche des Papiers geht, muss es den ganzen Weg nach oben und um die Falte gehen. Wenn die Ameise andererseits durch das Loch geht, kann sie viel schneller von einer Seite des Papiers zur anderen gelangen. Die Ameise selbst reiste nie schneller; Sie schaffte es nur schneller von einem Ort zum anderen.
Während das Papier eine zweidimensionale Oberfläche ist, könnte der dreidimensionale Raum, wie wir ihn verstehen, durch eine vierte Dimension gefaltet werden, um Verbindungen zwischen zwei Punkten herzustellen. Da unser Geist immer nur dreidimensionalen Raum erlebt hat, ist es unmöglich, dies vollständig zu visualisieren. Dennoch, wenn ein Hyperantrieb in der Lage wäre, die Raumzeit so zu verzerren, dass er sich verzog und ein Loch zwischen Tatooine und Alderaan erzeugte, würde das Reisen durch den Hyperraum keine Gesetze der Physik verletzen. Es würde nur enorme Mengen an Energie erfordern, um diese Sprünge zu erreichen.
Die Physik des wirklichen Lebens
Das klingt wahrscheinlich alles fantastisch; etwas, das in der Realität nicht passieren könnte. Was die experimentell verifizierte Physik betrifft, ist das wahr. Es gibt jedoch Theorien, die darauf hindeuten, dass es noch weitere Dimensionen der Realität geben könnte, die noch unentdeckt sind. Das vielleicht bekannteste Beispiel dafür ist die Stringtheorie. Derzeit gibt es fünf verschiedene Formalisierungen der Stringtheorie, die alle durch aktuelle Daten nicht verfälscht werden können. Die M-Theorie ist eine mögliche Vereinigung aller Stringtheorien, wonach jede einzelne Stringtheorie ein besonderes Beispiel für die verallgemeinerte M-Theorie ist.
Die grundlegende Prämisse aller Stringtheorien ist, dass alles im Universum aus winzigen Strings besteht, die entweder in einer Schleife gewickelt sind oder in einer geraden Linie existieren. So wie Saiten auf einer Gitarre auf bestimmte Weise schwingen, um Noten in einem Lied zu machen, oszillieren die Saiten, aus denen das Universum besteht, auf unterschiedliche Weise, um subatomare Teilchen zu erzeugen.Eine der anderen Ideen der Stringtheorie ist, dass es mehr als die drei räumlichen Dimensionen und die einmalige Dimension gibt, die wir kennen. Abhängig von der spezifischen Formulierung der Stringtheorie, auf die Sie sich beziehen, gibt es verschiedene vorgeschlagene Anzahlen von Dimensionen. Zum Beispiel gibt es in der bosonischen Stringtheorie eine vorgeschlagene sechsundzwanzig Dimensionen.
Wo sind diese zusätzlichen Dimensionen? Warum können wir sie nicht sehen oder erleben? Wie die meisten Dinge, die mit Physik an der Grenze des menschlichen Wissens zu tun haben, verwenden wir Analogien, um die Ergebnisse zu beschreiben. Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Astronaut in der Internationalen Raumstation und schauen auf New York City. Sie werden in der Lage sein, das Raster der Straßen in der Nacht beleuchtet zu sehen. Aus Ihrer Sicht werden die Straßen wie eindimensionale Linien aussehen; Dinge können entlang ihnen gehen, aber es gibt keine Breite, um über sie zu gehen. Wenn Sie auf einer Straße waren, wissen Sie, dass Sie über eine Straße gehen können (nicht nur entlang) und dass Sie sogar beim Überqueren der Straße auf und ab springen können, aber aus dem Weltraum sind Sie zu weit weg, um diese Details zu sehen. In ähnlicher Weise können wir auf unserer menschlichen Skala so weit von diesen kompakten Dimensionen entfernt sein, dass wir die Feinheiten von ihnen nicht sehen können.
Diese Dimensionen werden oft in Bezug auf die sogenannte Planck-Länge beschrieben. Einige Leute schlagen vor, dass dies die kürzest mögliche Länge ist. Die Planck-Länge kann auf diese Weise visualisiert werden: Schauen Sie sich die Breite eines menschlichen Haares an. Dies ist etwa ein Zehntel Millimeter breit. Wenn dieses Haar auf die Größe des beobachtbaren Universums (etwa 1027 Meter Durchmesser) skaliert würde, wäre die Planck-Länge in der skalierten Version die Breite eines menschlichen Haares. Eine andere Art, dies zu sagen, ist, dass ein menschliches Haar etwa 1031 Mm lang ist. Das ist das Zehnmillionenfache der Anzahl der Sterne im beobachtbaren Universum.