Quelltext der Seite Warp-Antrieb

[[Datei:Wormhole travel as envisioned by Les Bossinas for NASA.jpg|miniatur|250px|Künstlerische Darstellung eines Raumschiffes beim Übergang in Warpgeschwindigkeit]]

Unter einem '''Warp-Antrieb''' ({{enS|''to warp''}} „verzerren“, „krümmen“) versteht man im Allgemeinen einen [[Antriebsmethoden für die Raumfahrt|Antriebsmechanismus]], der Reisen mit [[Überlichtgeschwindigkeit]] durch gezieltes Krümmen der [[Raumzeit]] ermöglicht. 

Die Vereinbarkeit des Antriebskonzeptes mit der [[Allgemeine Relativitätstheorie|Allgemeinen Relativitätstheorie]], die die Raumzeit und deren Krümmung beschreibt, ist umstritten. In der physikalischen Fachliteratur wird diese Möglichkeit immer wieder diskutiert, wobei die Autoren zu unterschiedlichen Ergebnissen gelangen. <!-- Man beachte hier den Abschnitt "Wissenschaftliche Sichtweisen" und "Sonstiges" --> Warp-Antriebe sind in verschiedener Ausführung jedoch vor allem aus der [[Science-Fiction]]-Literatur bekannt, wo sie Voraussetzung für [[Interstellare Raumfahrt|interstellare Raumfahrt]] sind.

== Geschichte des Begriffs ==
Der Science-Fiction-Autor [[Gene Roddenberry]] benutzt den Warp-Antrieb für seine Fernsehserie [[Star Trek]], um in Erzählungen die Bewältigung großer Entfernungen zu anderen [[Planetensystem|Sternensystem]]en plausibel beschreiben zu können, ohne dabei in Konflikte mit den Gesetzen der [[Relativitätstheorie]] zu kommen. Der Begriff ist heute in der Science-Fiction allgemein bekannt, wird aber je nach Autor unterschiedlich ausgelegt. Auch wenn das Konzept eines die [[Raumzeit]] verzerrenden Antriebs heute allgemein mit Star Trek assoziiert wird, ist die grundlegende Idee bedeutend älter. So beschrieb bereits [[Chester S. Geier]] in seinem 1948 erschienenen Roman ''The Flight of the Starling'' einen ähnlichen Antrieb – dort als „Warp-Generator“ bezeichnet:

{{Zitat-en|[The warp-generators] … create a warp in space around the ship … a moving ripple in the fabric of space.|Übersetzung=[Die Warp-Generatoren] … erzeugen eine Krümmung im Raum rund um das Schiff herum … eine sich bewegende Welle in der Struktur des Raums.}}

== Der Warp-Antrieb in der Science-Fiction-Literatur ==
=== Allgemeines ===
{{Belege}}
Erzählungen, die auf Mischungen wissenschaftlicher und fantastischer Ideen basieren, sind darauf angewiesen, zumindest grobe Unstimmigkeiten mit wissenschaftlichen Erkenntnissen zu vermeiden. Dies ist bei Handlungen, die im Weltraum spielen, nur schwer möglich, da einerseits viele [[Kosmologie|kosmologische]] Erscheinungen als Handlungsorte genutzt werden sollen, andererseits aber erdähnliche Verhältnisse herrschen müssen, um menschliche Handlungen und Sozialbeziehungen darstellen zu können. Die dafür benötigten Handlungsorte in verschiedenen [[Planetensystem]]en, [[Nebel (Astronomie)|Nebeln]], [[Galaxis|Galaxien]] usw. sind viele [[Lichtjahr]]e voneinander entfernt. Die Erzählungen wären ohne die Einführung einer Antriebsart, die Reisen über astronomisch große Entfernungen in einer nach menschlichen Maßstäben kurzen Zeit ermöglicht, nicht konsistent aufzubauen.

Solche Reisen werden aber von der [[Relativitätstheorie]] ausgeschlossen, da sie voraussagt, dass Massebewegungen nahe der [[Lichtgeschwindigkeit]] technisch nicht durchführbar sind. Reisen mit Lichtgeschwindigkeit sind unmöglich, da sie unendlich viel Energie benötigen würden. Hinzu kommt, dass bei einer Reise nahe der Lichtgeschwindigkeit eine [[Zeitdilatation]] eintritt. Ein Reisender altert langsamer als jemand, der sich, relativ zu ihm gesehen, langsamer bewegt (siehe auch [[Zwillingsparadoxon]]). Dies würde in fiktiven Erzählungen dazu führen, dass keine den Erdverhältnissen nachempfundenen Handlungen möglich wären. Hieraus resultiert die Einführung des Warp-Antriebs als häufig verwandtes Antriebsaggregat in der modernen Fiktion.

=== Der Warp-Antrieb in Star Trek ===
{{Siehe auch|Star-Trek-Technologie#Warp-Antrieb|titel1=Abschnitt „Warp-Antrieb“ im Artikel Star-Trek-Technologie}}

=== Weitere ===
In [[Stephen Baxter]]s Roman ''[[Die letzte Arche]]'' nutzen die Protagonisten einen Warp-Antrieb. Durch die Nutzung mehrerer Kilogramm [[Antimaterie]] erzeugen sie ein [[neutrino]]großes "Taschenuniversum", das jedoch aus der Perspektive der Raumschiffbesatzung einen Durchmesser von mehreren hundert Metern hat.

== Wissenschaftliche Sichtweisen ==
=== Allgemeines ===
In der [[Allgemeine Relativitätstheorie|allgemeinen Relativitätstheorie]] wird die [[Gravitation]] auf geometrische Eigenschaften der [[Raumzeit]] zurückgeführt. Diese Eigenschaften werden durch die [[Einsteingleichungen]] beschrieben.

:<math>R_{ \mu \nu} - \frac{1}{2} g_{ \mu \nu} R= \frac{8 \pi G}{c^4} T_{ \mu \nu}</math>

Hierbei ist <math>G</math> die klassische [[Gravitationskonstante]], <math>c</math> die [[Lichtgeschwindigkeit]] und <math>R_{\mu \nu}</math> der [[Riemannscher Krümmungstensor#Ricci-Tensor|Ricci-Tensor]]. Weiterhin ist <math>R</math> der [[Riemannscher Krümmungstensor#Skalarkrümmung|Krümmungsskalar]] und <math>g_{\mu \nu}</math> der [[Metrischer Tensor|metrische Tensor]]. Letzterer enthält die [[Metrischer Raum|Metrik]] der Raumzeit und induziert ein Abstandsmaß. Die Quelle des [[Gravitationsfeld]]es ist der [[Energie-Impuls-Tensor]] <math>T_{\mu \nu}</math>.

=== Die Theorie des Warp-Antriebs nach Alcubierre und Van den Broeck ===
[[Datei:Alcubierre.png|miniatur|hochkant=1.5|Die Warp-[[Metrischer Tensor|Metrik]] nach Alcubierre]]
Ein funktionsfähiger Warp-Antrieb muss die Eigenschaft haben, einen bestimmten [[Energie-Impuls-Tensor]] zu erzeugen, welcher das Raumzeitgebiet um ein [[Raumschiff]] herum derart verändert, dass die Entfernung zwischen Start- und Zielpunkt verringert wird. Dies bedeutet nichts anderes, als dass die Raumzeit vor dem Schiff kontrahiert und hinter ihm wieder expandiert. Da sich die Raumzeit selbst überlichtschnell ausbreiten darf, könnte ein Objekt also theoretisch in einer solchen Warp-Blase mitreisen. Die erste funktionierende Warp-Metrik wurde 1994 von [[Miguel Alcubierre]] aufgestellt.<ref>Alcubierre, 1994.</ref>  Sie ist jedoch keine strenge Lösung der [[Einsteingleichungen]], sondern wurde direkt mit den gewünschten Eigenschaften konstruiert. Um die Gleichungen zu erfüllen, ist eine negative Energiedichte erforderlich, welche auch als ''[[exotische Materie]]'' bezeichnet wird.

Da der Alcubierr'sche Antrieb zusätzlich etwa zehn Milliarden mal mehr exotische Materie benötigt, als das sichtbare Universum insgesamt an normaler Materie besitzt, wurde er von Van den Broeck<ref>Chris van den Broeck: ''A 'warp drive’ with more reasonable total energy requirements.'' Classical and Quantum Gravity 16 (12), 1999, S. 3973–3979, {{doi|10.1088/0264-9381/16/12/314}}, {{arxiv|gr-qc/9905084v5}}.</ref> dementsprechend verbessert. Dazu schloss er die Alcubierre'sche Warp-Blase um zwei weitere Blasen herum. Seine Rechnungen zeigten, dass sich der Bedarf an exotischer Materie dadurch zwar nicht aufhebt, aber zumindest auf einige [[Sonnenmasse]]n reduziert wird. Die äußere Blase, also die eigentliche Alcubierre-Warp-Blase, wird dabei als sehr klein (R=3·10<sup>−15</sup>m) angesetzt. Die innerste Blase besitzt dafür jedoch eine Oberfläche, die einer Blase von 200&nbsp;m Durchmesser entspricht. Diese scheinbare Diskrepanz wird durch die vierdimensionale Geometrie ermöglicht. Die Materiedichte ist bei beiden Antrieben jedoch so hoch, wie die Materiedichte des Universums kurz nach dem [[Urknall]] gewesen ist. Alcubierre und Broeck gingen von einer vorher ungekrümmten Raumzeit aus. Ist die Raumzeit hingegen gekrümmt, so genügen nach Sergei Krasnikov bereits 10&nbsp;kg exotischer Materie, um solch ein System aus Warp-Blasen zu erzeugen. Durch geringfügige Modifikation der Van-Den-Broeck-Metrik gelang es Krasnikov, die notwendige Menge an exotischer Materie auf einige Milligramm zu reduzieren.<ref>Serguei Krasnikov: ''Hyperfast Interstellar Travel in General Relativity.'' Phys.Rev. D57 (1998) 4760-4766, {{arxiv|gr-qc/9511068v6}}; Allen Everett, et al.: ''Time travel and warp drives - a scientific guide to shortcuts through time and space.'' Univ. of Chicago Pr., Chicago 2012, ISBN 978-0-226-22498-5, S.122ff.</ref><ref>Sergei Krasnikov: ''The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts.'' Physical Review D, 67, 2003, {{DOI|10.1103/PhysRevD.67.104013}}, {{arxiv|gr-qc/0207057}}. (Van Den Broeck’s trick Seite 18-19)</ref>

Untersuchungen von Finazzi, Liberati und Barceló stellen die Stabilität der Warp-Blase in Frage.<ref>Stefano Finazzi, Stefano Liberati, Carlos Barceló: ''Semiclassical instability of dynamical warp drives.'' Physical Review D, 79 (12), 2009, {{DOI|10.1103/PhysRevD.79.124017}}, {{arxiv|0904.0141v2}}.</ref><ref>Carlos Barceló, Stefano Finazzi, Stefano Liberati: ''On the impossibility of superluminal travel: the warp drive lesson.'', 2010. {{arxiv|1001.4960v1}}.</ref> 

McMonigal, Lewis und O'Byrne von der University of Sydney gehen aufgrund einer theoretischen Studie davon aus, dass beim Abbremsen eine für die Umgebung tödliche Strahlung entsteht.<ref>Brendan McMonigal, Geraint F. Lewis, Philip O’Byrne: ''The Alcubierre Warp Drive: On the Matter of Matter.'' Physical Review D, [http://prd.aps.org/accepted/D/bd07dQ91Zaa1780978f047b5ed715acf2f0185096 im Druck] (Stand 4. Juni 2012), {{arxiv|1202.5708v1}}. </ref><ref>{{Webarchiv | url=http://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Warp_Antrieb__Gefahr_fuer_Zivilisation_am_Reiseziel1771015588349.html | wayback=20120617181939 | text=''Warp Antrieb: Gefahr für Zivilisation am Reiseziel.''}} Wissenschaft aktuell, 14. März 2012 (Zusammenfassung der Studie von McMonigal et al.; abgerufen am 4. Juni 2012)</ref>

=== Forschung der NASA: Breakthrough Propulsion Physics Project ===
Von 1996 bis 2002 finanzierte die NASA das [[Breakthrough Propulsion Physics Project]] zur Evaluierung exotischer Antriebskonzepte. Innerhalb dieses Projektes wurden auch verschiedene spekulative Konzepte des Warpantriebs beschrieben und mathematisch beziehungsweise über Computermodelle erforscht. 2008 stellte die NASA dieses Projekt endgültig ein,<ref>NASA: [http://www.grc.nasa.gov/WWW/bpp/index.html ''Breakthrough Propulsion Physics Project'']. 19. November 2008.</ref> finanziert jedoch weiterhin universitäre Grundlagenforschung,<ref>Keith Cowing: [http://spaceref.com/nasa-hack-space/propulsion/clarifying-nasas-warp-drive-program.html ''Clarifying NASA's Warp Drive Program'']. SpaceRef, 12. April 2013.</ref> so wie den Versuch, kleinste Krümmungen der Raumzeit im Labor zu messen,<ref>centauri-dreams.org: [http://www.centauri-dreams.org/?p=24665 A Lab Experiment to Test Spacetime Distortion]</ref> der jedoch nicht gelang.<ref>Jeff Lee, Gerald Cleaver: ''The Inability of the White-Juday Warp Field Interferometer to Spectrally Resolve Spacetime Distortions''. 29. Juli 2014, {{arXiv|1407.7772}}.</ref> Derweil spekulieren die beteiligten Forscher über die Senkung des Energiebedarfs durch Modifikationen der hypothetischen Warp-Blase. Die Notwendigkeit negativer Energiedichte bleibt allerdings bestehen.<ref>Harold “Sonny” White: ''Warp Field Mechanics 101''. Journal of the British Interplanetary Society 66, 2013, S. 242–247 ([http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015936_2011016932.pdf PDF, 8&nbsp;MB]).</ref>

== Literatur ==
* Miguel Alcubierre: ''The warp drive: hyper-fast travel within general relativity.'' Classical and Quantum Gravity 11 (5), 1994, L73, {{doi|10.1088/0264-9381/11/5/001}}, {{arxiv|gr-qc/0009013v1}}.
* Allen E. Everett, Thomas A. Roman: ''Superluminal subway – The Krasnikov tube.'' [[Physical Review]] D, 56 (4), 1997, S. 2100–2108, {{DOI|10.1103/PhysRevD.56.2100}}, {{arxiv|gr-qc/9702049v1}}.
* Lawrence M. Krauss: ''Die Physik von Star Trek''. Heyne 1996, ISBN 3-453-10981-3.
* Francisco S. N. Lobo, Matt Visser: ''Fundamental limitations on 'warp drive' spacetimes.'' Classical and Quantum Gravity 21 (24), 2004, S. 5871–5892, {{doi|10.1088/0264-9381/21/24/011}}, {{arxiv|gr-qc/0406083v2}}.
* Mohammad Mansouryar: ''On a macroscopic traversable spacewarp in practice.'' 2006. {{arxiv|gr-qc/0511086v2}}.
* Stefan Thiesen: ''Trek Science – mit Warpgeschwindigkeit in die Zukunft?''. MindQuest, Selm 2001, ISBN 978-3-8370-7295-2.
* Rüdiger Vaas: ''Tunnel durch Raum und Zeit''. 2. Auflage. Franckh-Kosmos, Stuttgart 2006, ISBN 3-440-09360-3.
* Marc G. Millis (et al.): ''Frontiers of Propulsion Science.'' American Inst. of Aeronautics & Astronautics, Reston 2009, ISBN 1-56347-956-7, [http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1101/1101.1063.pdf Zusammenfassung] (pdf; 1,18&nbsp;MB).

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* {{Memory Alpha|Warpantrieb}}
* Gregory V. Meholic: [http://www.intalek.com/Papers/AdvSpacePropulsionForInterstellarTravel2008.pdf ''Advanced Space Propulsion Concepts for Interstellar Travel Concepts for Interstellar Travel'']. Vortrag beim {{lang|en|Los Angeles Chapter Dinner Meeting}} des [[American Institute of Aeronautics and Astronautics|AIAA]], 24. April 2008.
* [http://www.thespaceshow.com/detail.asp?q=968 Radiosendung ''The Space Show'' vom 24. Juni 2008 über advanced space propulsion concepts for interstellar travel]
* [http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/0,1518,187667,00.html Warum der Warp-Antrieb nicht funktioniert] bei [[Spiegel Online]]
* [http://www.nasa.gov/centers/glenn/technology/warp/warpstat.html Status of "Warp Drive"] nasa.gov, abgerufen am 31. Januar 2012

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:Warpantrieb}}
[[Kategorie:Star Trek]]
[[Kategorie:Science-Fiction]]
[[Kategorie:Antriebstechnik]]
[[Kategorie:Alternative Raumfahrtkonzepte]]