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Unter einem '''Warp-Antrieb''' ({{enS|to warp}} „verzerren“, „krümmen“) versteht man einen hypothetischen [[Antriebsmethoden für die Raumfahrt|Antriebsmechanismus]], der Reisen mit [[Überlichtgeschwindigkeit]] durch gezieltes Krümmen der [[Raumzeit]] ermöglicht. Warp-Antriebe sind in verschiedener Ausführung aus der [[Science-Fiction]]-Literatur bekannt, wo sie Voraussetzung für [[interstellare Raumfahrt]] sind.

Die Vereinbarkeit dieses Antriebskonzepts mit der [[Allgemeine Relativitätstheorie|allgemeinen Relativitätstheorie]] ist umstritten. In der physikalischen Fachliteratur wird diese Möglichkeit diskutiert, wobei die Autoren zu unterschiedlichen Ergebnissen gelangen.

[[Solitonen]] bieten ein mathematisches „Schlupfloch“ in der allgemeinen Relativitätstheorie, um eine Warp-Blase theoretisch mit positiver Energie zu erzeugen. Sie bewegen sich durch die Raumzeit, während die Blase den Raum selbst überlichtschnell bewegen könnte.<ref>{{Literatur |Autor=Dr. Erik Lentz von der Universität Göttingen |Titel=Artikel über einen Aufsatz im Fachmagazin Classical and Quantum Gravity |Online=https://www.chip.de/news/Star-Trek-Fans-aufgepasst-Warp-Antrieb-naeher-als-gedacht_185127073.html}}</ref>

== Warp-Antrieb in der Science-Fiction ==
=== Hintergrund ===
Die Schauplätze von Science-Fiction-Erzählungen befinden sich oft in [[Planetensystem]]en, [[Nebel (Astronomie)|Nebeln]] oder [[Galaxie]]n, die viele [[Lichtjahr]]e voneinander entfernt sind. Um die Handlung schlüssig darzustellen, wird eine Antriebsart benötigt, die Reisen über astronomisch große Entfernungen in einer nach menschlichen Maßstäben kurzen Zeit ermöglicht. Dazu ist eine Fortbewegung mit einem Vielfachen der [[Lichtgeschwindigkeit]] notwendig, was aber nach den Aussagen der [[Relativitätstheorie]] – dem heute allgemein anerkannten und vielfach experimentell bestätigten [[Stand der Wissenschaft]] – unmöglich ist. Unter anderem folgt aus der Relativitätstheorie, dass für eine Fortbewegung mit Lichtgeschwindigkeit unendlich viel Energie benötigt würde.

Der Warp-Antrieb löst dieses [[Dilemma]] gemäß Darstellung in der Science-Fiction-Literatur, indem er statt einer Bewegung durch Raum und Zeit die [[Raumzeit]] selbst so verändert, dass ein Raumschiff in relativ kurzer Zeit extrem große Entfernungen zurücklegt, ohne sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt zu haben. So lässt er die fiktiven Handlungen plausibel erscheinen.

Ungelöst bleibt (und wird gewöhnlich nicht erwähnt), dass bei Überlichtgeschwindigkeit die zeitliche Reihenfolge nicht für alle Beobachter gleich ist ([[Relativität der Gleichzeitigkeit]]). Aus Sicht eines Dritten in einem deutlich anderen Bezugssystem würden sich die Reisenden rückwärts durch die Zeit bewegen; sie kämen früher an, als sie losgeflogen sind.

=== Begriffsgeschichte ===
Der Science-Fiction-Autor [[Gene Roddenberry]] griff für seine Fernsehserie [[Star Trek]] auf das Konzept des Warp-Antriebs zurück, um die Bewältigung großer Entfernungen zu anderen [[Planetensystem|Sternensystemen]] zu beschreiben (→ [[Star-Trek-Technologie#Warp-Antrieb|Warp-Antrieb bei Star Trek]]). 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 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
|Text=[The warp-generators] … create a warp in space around the ship … a moving ripple in the fabric of space.
|Sprache=en
|Übersetzung=[Die Warp-Generatoren] … erzeugen eine Krümmung im Raum rund um das Schiff herum … eine sich bewegende Welle in der Struktur des Raums.}}

Auch [[Stephen Baxter]]s Roman ''[[Die letzte Arche]]'' beschreibt die Verwendung eines Warp-Antriebs. Die Protagonisten erzeugen dort mit mehreren Kilogramm [[Antimaterie]] ein winziges „Taschenuniversum“, das jedoch aus der Perspektive der Raumschiffbesatzung einen Durchmesser von mehreren hundert Metern hat.

== Theorien zur Machbarkeit eines überlichtschnellen Antriebs ==
=== Raumzeit in der Relativitätstheorie ===
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|mini|hochkant=1.5|Veranschaulichung der Warp-[[Metrischer Tensor|Metrik]] nach Alcubierre]]

Ein Warp-Antrieb müsste das Raumzeitgebiet um ein [[Raumschiff]] herum derart verändern, dass der Abstand zwischen Start- und Zielpunkt verringert wird. Die Raumzeit müsste in Reiserichtung gestaucht und nach Passage des Schiffs wieder expandiert werden. Diese Veränderungen der Raumzeit durch [[Gravitationswelle]]n müssten mit Überlichtgeschwindigkeit geschehen, und das Raumschiff würde in dieser „Warp-Blase“ mitreisen.

Theoretisch lässt sich dies durch die Definition eines bestimmten [[Energie-Impuls-Tensor]]s beschreiben. Eine solche Beschreibung, die konsistent mit dem Formalismus der allgemeinen Relativitätstheorie ist, wurde erstmals 1994 von dem mexikanischen Physiker [[Miguel Alcubierre]] aufgestellt.<ref>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}}.</ref> Sie ist jedoch keine strenge Lösung der [[Einsteingleichungen]], sondern wurde direkt mit den gewünschten Eigenschaften konstruiert. Um die Gleichungen zu erfüllen, wäre ein Treibstoff mit negativer [[Energiedichte]] erforderlich, welcher auch als ''[[exotische Materie]]'' bezeichnet wird.

Da das Alcubierre’sche Antriebskonzept etwa −10<sup>64</sup> kg exotische Materie benötigen würde<ref>{{Literatur |Autor=Michael J. Pfenning, L. H. Ford |Titel=The unphysical nature of 'Warp Drive' |Band=14 |Nummer=7 |Datum=1997 |Seiten=1743–1751 |arXiv=gr-qc/9702026 |DOI=10.1088/0264-9381/14/7/011 |bibcode=1997CQGra..14.1743P}}</ref> um ein kleines Raumschiff quer durch die [[Milchstraße]] zu transportieren, mehr als das sichtbare Universum insgesamt an normaler Materie besitzt, wurde es von dem niederländischen Physiker [[Chris 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 Berechnungen kamen zu dem Ergebnis, dass sich der Bedarf an exotischer Materie auf einige [[Sonnenmasse]]n reduzieren würde. Die äußere Blase, also die eigentliche Alcubierre-Warp-Blase, würde dabei als sehr klein (R = 3 · 10<sup>−15</sup> m) angesetzt. Die innerste Blase besäße dafür jedoch eine Oberfläche, die einer Blase von 200 m Durchmesser entspricht. Diese scheinbar paradoxe Diskrepanz soll durch eine [[4D|vierdimensionale Geometrie]] ermöglicht werden. Die Materiedichte ist bei beiden Antrieben jedoch so hoch, wie sie im Universum kurz nach dem [[Urknall]] war.

Alcubierre und Van Den Broeck gingen von einer vorher ungekrümmten Raumzeit aus. Wäre die Raumzeit hingegen gekrümmt, so sollten nach [[Sergej Krasnikow]] bereits 10 kg exotischer Materie genügen, um solch ein System aus Warp-Blasen zu erzeugen. Krasnikov behauptet sogar, durch weitere Modifikation der Van-Den-Broeck-Metrik die notwendige Menge an exotischer Materie auf einige Milligramm reduziert zu haben.<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>Serguei 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 stellten die Stabilität einer 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 kamen zu dem Ergebnis, dass beim Abbremsen eine für die Umgebung tödliche Strahlung entstünde.<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 |text=''Warp Antrieb: Gefahr für Zivilisation am Reiseziel.'' |wayback=20120617181939}} Wissenschaft aktuell, 14. März 2012 (Zusammenfassung der Studie von McMonigal et al.; abgerufen am 4. Juni 2012)</ref>

Alexey Bobrick und Gianni Martire behaupten, dass im Prinzip eine Klasse von subluminalen, sphärisch symmetrischen Warp-Antriebsraumzeiten auf der Grundlage physikalischer Prinzipien konstruiert werden könne, die der Menschheit derzeit bekannt sind.<ref>{{Cite journal |last1=Bobrick |first1=Alexey |last2=Martire |first2=Gianni |date=2021-04-20 |title=Introducing physical warp drives |language=en |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/abdf6e |journal=Classical and Quantum Gravity |volume=38 |issue=10 |pages=105009 |arxiv=2102.06824 |bibcode=2021CQGra..38j5009B |doi=10.1088/1361-6382/abdf6e |issn=0264-9381 |s2cid=231924903}}</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 Warp-Antriebs beschrieben und mathematisch beziehungsweise über Computermodelle erforscht. 2008 stellte die NASA dieses Projekt endgültig ein,<ref>{{Webarchiv|url=http://www.grc.nasa.gov/WWW/bpp/index.html |wayback=20100716091419 |text=''Breakthrough Propulsion Physics Project'' }}. NASA, 19. November 2008.</ref> finanzierte jedoch weitere 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>

=== Forschung des Advanced Propulsion Laboratory ===
Zwei Forscher der [[Advanced Propulsion Laboratory]] bei Applied Physics erklärten in einer Studie, dass Warp-Antriebe, die das Tempo der [[Zeit]] innerhalb des Raumschiffs steuern und nur mit positiver Energie betrieben würden, möglich sein könnten. Sie liefern zudem ein weiteres Argument, weshalb überlichtschnelle Warp-Antriebe möglich sein müssten, und ordnen die Warp-[[Raumzeit]]en der Studie von Erik Lentz einer „neuen Klasse“ zu.<ref>{{cite news |title=A potential model for a real physical warp drive |url=https://phys.org/news/2021-03-potential-real-physical-warp.html |access-date=2021-05-09 |work=phys.org |language=en}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Bobrick |first1=Alexey |last2=Martire |first2=Gianni |title=Introducing physical warp drives |language=en |journal=Classical and Quantum Gravity |date=2021-04-20 |volume=38 |issue=10 |pages=105009 |doi=10.1088/1361-6382/abdf6e |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/abdf6e|issn=0264-9381|arxiv=2102.06824}}</ref>

== Experimente ==
Im Nachgang des Breakthrough Propulsion Physics Project versuchte der NASA-Physiker Harold White, kleinste Krümmungen der Raumzeit im Labor zu messen,<ref>[http://www.centauri-dreams.org/?p=24665 ''A Lab Experiment to Test Spacetime Distortion'']. centauri-dreams.org.</ref> was 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>

== 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 Krauss|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}}.
* [[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 MB).
* [[Robert Gast]]: [https://www.spektrum.de/news/energie-die-physik-des-warp-antriebs/1866733 ''Energie! Physik des Warp-Antriebs''], Spektrum.de, 29. April 2021

== 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], von Markus Becker, [[Spiegel Online]], 18. März 2002
* [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-Technik]]
[[Kategorie:Science-Fiction-Konzept]]
[[Kategorie:Antriebstechnik]]
[[Kategorie:Alternative Raumfahrtkonzepte]]

Warp-Antrieb - Versionsgeschichte

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