Realistische Designs für Raumschiffe

[Feydaykin]

Trägheitsdämpfer braucht man eigentlich nicht.

Und das mit dem Wasser enstammt den Anti G Anzügen von Jetpiloten.

nur warum sollte man das Schiff übermäßig Stark Beschleunigen?

bei Angenhemen 1 G ist man bei 1 Jahr bei der LG.

[Agent Scullie]

Als den Gedanken mal weitergesponnen man könnte das Higgs-Feld beeinflussen oder findet eine Art "Graviton" könnte man ja den Raum krümmen.

Geht man nach den Feldgleichungen der ART, kann man den Raum durchaus krümmen, allerdings braucht man da Unmengen an Energie / Masse für, um eine nennenswerte Krümmung zu erzeugen. Eine Manipulation des Higgs-Feldes würde da nicht viel bringen: selbst wenn man das Higgs-Feldes in einem Raumbereich so manipulieren könnte, dass die Massen der Teilchen in diesem Raumbereich plötzlich viel größer würden, so müsste man immer noch eine entsprechend große Menge an Energie dem Higgs-Feld zuführen.

Eine praktikable Methode, den Raum in merklicher Weise zu krümmen, wäre nur in einer neuen Physik denkbar, in der die ART-Feldgleichungen so ergänzt würden, dass schon wesentlich kleinere Energiemengen ausreichen.

Also wie ich es verstehe sorgt das Higgs-Boson und Feld lediglich für die Masse. Meinst du in deinem Gedankenexperiment, dass man das Higgs-Feld umkehrt und durch die negative Masse dann eine Warpblase erzeugt?

Würde wie oben bereits beschrieben nichts nützen: für eine Warpblase, wenn man sie im Rahmen der ART-Feldgleichungen realisieren will, braucht es nicht nur negative Energie, sondern auch extrem viel davon. Die müsste man dann erst dem Higgs-Feld zuführen.

Klingt cool. Ob das Graviton reinpasst, weiß ich ned... das wäre ja nur für Gravitation zuständig. Das würde auf dem Warpschiff dann eventuell schöne künstl. Gravitation liefern

Da nützt einem das Graviton nicht viel. Graviton heißt ja erstmal nur, dass das Gravitationsfeld quantisiert ist. Daraus ergibt sich aber noch lange nicht, dass man auf einfache Weise Gravitationsfelder erzeugen kann, die stark genug sind, um auf einem Raumschiff als künstliche Schwerkraft zu dienen.

Naja, wie wird bisher in der Natur der Raum gekrümmt? Das haben wir ja bei schwarzen Löchern, Sternen usw... Also überall wo man große Masse hat. Der WARP-Antrieb funktioniert im Grunde über ein WARP-Feld, dass vor dem Schiff den Raum staucht und hinter sich zieht.

Das hängt davon ab, welchen Warpantrieb du meinst. Der aus Star Trek funktioniert mit einem Warpfeld, wobei da keine Angabe dazu gemacht, ob dieses nun den Raum vor dem Schiff staucht und dahinter dehnt oder auf eine ganz andere Weise einen Antriebseffekt erzielt. Das Warpantriebskonzept von Alcubierre dagegen basiert auf einer Kontraktion des Raumes vor dem Schiff und einer Expansion dahinter, jedoch kommt da kein Warpfeld vor, nur das übliche Gravitationsfeld.

Wenn ich also so etwas wie ein Graviton hätte müsste ich ein Massefeld vor mir aufbauen können. Im Grunde setze ich also ein schwarzes Loch vor meinem Schiff und lass mich davon ziehen. Könnte man sich vorstellen wie mit dem Esel und der Karotte an einer Angel.

Nein, kann man nicht, denn wenn dich das schwarze Loch anzieht, ziehst du auch das schwarze Loch an. Wenn du das schwarze Loch vor dir her schieben wolltest, wie der Esel die Angel mit der Karotte, müsstest du das schwarze Loch abstoßen, mittels eines Antigravitationsfeldes o.ä., und dann würde das schwarze Loch auch wiederum dich abstoßen.

Da müsste es schon ein Feld geben, das gewährleistet, dass zwar das schwarze Loch dich anzieht, du jedoch das schwarze Loch abstößt. Einmal abgesehen davon, dass die Existenz eines solchen Feldes der Impulserhaltung widerspräche und wahrscheinlich auch der Energieerhaltung, folgt die Existenz so eines Feldes sicherlich nicht aus der Quantisierung der Gravitation, also der Existenz von Gravitonen.

Da ich also den Weg vor mir verkürze und dazu auch noch im Grunde keinen Antrieb habe sondern Feldgeneratoren hätte ich höhere Geschwindigkeiten als wenn ich den Weg in Wirklichkeit zurücklegen müsste.

Mit der beschriebenen Methode würdest du den Weg ja gar nicht verkürzen. Auf ein schwarzes Loch zuzustürzen ist ja etwas ganz anderes als in einer Alcubierreschen Warpblase zu reisen, vor der sich der Raum zusammenzieht.

- - - Aktualisiert - - -

Ich denke wenn der CERN die ersten neuen, exotischen* Partikel erzeugt, werden sich auch viele Leute erst mal am Kopf kratzen müssen. *Exotisch in diesem Sinne: jedes Partikel, das nicht in das derzeitige Standardmodell passt. Exotische Partikel für eventuelle Warpantriebe heißen bei mir Warppartikel, sonst ist die Verwechslungsgefahr zu groß.

Also an diese "Warppartikel" oder exotische Partikel mit negativer(?) Energie(dichte?) glaube ich jetzt auch nicht.

Nur zur Information: wenn im Zusammenhang mit dem Alcubierre-Antrieb davon die Rede ist, dass für diesen nach den ART-Feldgleichungen eine negative Energiedichte erforderlich ist, dann sagt das zunächst einmal noch rein gar nichts darüber aus, dass diese negative Energiedichte durch Teilchen mit negativer Energie oder negativer Masse gewährleistet werden solle. Überlegungen, wie diese negative Energiedichte eventuell realisiert sein könnte, gehen eher in die Richtung, dass es sich dabei um die Energiedichte des Quantenvakuums, also eines Zustandes, in dem überhaupt keine Teilchen vorhanden sind, handeln könnte.

Aber irgendwas "spinnt" da noch in meiner Birne herum mit der man einen schnelleren Antrieb ggf. hinbekommen könnte.

Wenn wir uns nochmal deine Idee mit dem "Massefeld" und dem schwarzen Loch ansehen, dann fällt ja auf, dass du einmal von der Quantisierung der Gravitation, sprich: der Existenz von Gravitonen (= Quanten des Gravitationsfeldes), ausgehst, und außerdem noch davon, dass in der quantisierten Theorie der Gravitation andere Gleichungen als in der ART gelten, denn nur dadurch könnte so ein "Massefeld" realisiert werden.

Wenn wir also schon bei einer Theorie sind, in der die ART-Feldgleichungen modifiziert werden, dann könnte wir uns auch gleich eine Theorie vorstellen, in der sich der Alcubierre-Antrieb ganz ohne negative Energiedichte realisieren lässt, sondern ausschließlich mit positiver Energie, und noch dazu mit moderaten Mengen davon.

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Trägheitsdämpfer braucht man eigentlich nicht.

Und das mit dem Wasser enstammt den Anti G Anzügen von Jetpiloten.

nur warum sollte man das Schiff übermäßig Stark Beschleunigen?

bei Angenhemen 1 G ist man bei 1 Jahr bei der LG.

Das dauert einem aber vielleicht zu lange. Wenn Cpt. Kirk "Voller Impuls" befiehlt, also 25% der Lichtgeschwindigkeit, dann will er nicht Monate darauf warten müssen

[Feydaykin]

klar Kirk reicht das nicht

aber hier ist ja die Realität.

[Sternenkreuzer]

Eine langsame Beschleunigung, also langsam aber stetig wäre natürlich eine Möglichkeit, dass man ohne Trägheitsdämpfer auskommt.

In den Medien wird immer wieder davon berichtet es gäbe evtl die Möglichkeit auch durchaus schubweise zu beschleunigen: Indem man hinterm Raumschiff Atomwaffen zündet. Es gibt dafür hinten eine Art Schutzschild (kein Energieschild).
Ich finde die Atombombenmethode ist aber Weltraumverschmutzung!
Oder man müsste leichtere konventionelle Explosionen erzeugen, die nicht etwa Atomstrahlen verursachen.

[Agent Scullie]

In den Medien wird immer wieder davon berichtet es gäbe evtl die Möglichkeit auch durchaus schubweise zu beschleunigen: Indem man hinterm Raumschiff Atomwaffen zündet. Es gibt dafür hinten eine Art Schutzschild (kein Energieschild).
Ich finde die Atombombenmethode ist aber Weltraumverschmutzung!
Oder man müsste leichtere konventionelle Explosionen erzeugen, die nicht etwa Atomstrahlen verursachen.

Das mit dem Zünden von Atombomben ist der Orion-Antrieb. Der Hintergrund dafür ist, dass Kernreaktionen sehr viel mehr Energie pro Treibstoffmenge freisetzen als konventionelle chemische Reaktionen und daher bei gleichem Treibstoffeinsatz wesentlich höhere Endgeschwindigkeit erreichbar sind als bei einem konventionellen chemischen Triebwerk.

Einen Antrieb mit leichteren konventionellen Explosionen gibt es schon lange: in einem chemischen Triebwerk läuft nichts anderes ab als eine fortwährende Explosion. Eine solche fortwährende Explosion wäre bei einem Kernspaltungsantrieb jedoch nicht möglich, deswegen hat man das Orion-Konzept entwickelt, wo in diskreten Zeitabständen Einzelexplosionen erfolgen sollen. Bei chemischen Reaktionen wäre so etwas zwar ebenfalls machbar, es gibt aber eben schlicht keinen Grund, warum man das da so machen sollte.

[Sternenkreuzer]

Ja verstehe. Wenn wir davon ausgehen dass eine langsame stetige Beschleunigung stattfinden soll die mich an Bord dann nicht an die Wand drückt, würde mich mal interessieren wie schnell das dann von statten gehen kann.
So dass ich an Bord zwar leichten Schub spüre aber ganz locker meine Cornflakes essen kann.
Mir fehlt leider das physikal. Fachwissen um das in Zahlen und Relationen auszudrücken.

[CPL386]

Nein, kann man nicht, denn wenn dich das schwarze Loch anzieht, ziehst du auch das schwarze Loch an. Wenn du das schwarze Loch vor dir her schieben wolltest, wie der Esel die Angel mit der Karotte, müsstest du das schwarze Loch abstoßen, mittels eines Antigravitationsfeldes o.ä., und dann würde das schwarze Loch auch wiederum dich abstoßen.

Da müsste es schon ein Feld geben, das gewährleistet, dass zwar das schwarze Loch dich anzieht, du jedoch das schwarze Loch abstößt. Einmal abgesehen davon, dass die Existenz eines solchen Feldes der Impulserhaltung widerspräche und wahrscheinlich auch der Energieerhaltung, folgt die Existenz so eines Feldes sicherlich nicht aus der Quantisierung der Gravitation, also der Existenz von Gravitonen.

Die Frage dabei wäre aber, wenn ich das Loch abstoßen würde ob mein Schiff bereits eine so große Masse hätte, dass dies wirklich einen Einfluss hätte.
Aber stimmt schon, dadurch könnte ich das Loch auch nicht vor mir "Wandern lassen können".

Mit der beschriebenen Methode würdest du den Weg ja gar nicht verkürzen. Auf ein schwarzes Loch zuzustürzen ist ja etwas ganz anderes als in einer Alcubierreschen Warpblase zu reisen, vor der sich der Raum zusammenzieht.

Moment, ...
Gedanklich mal zusammengefast. Ein schwarzes Loch krümmt den Raum, beschleunigt aber auf Grund seiner Gravitation die Teilchen die es "Auffängt"
Ich würde also beschleunigt werden, aber hätte dann auch viel Zeit verloren aus Sicht eines externen Bezugsystems (Zeitdilatation?).
Ok, dann bin ich wohl total Falsch unterwegs gewesen.

Ich könnte also höchstens durch Manipulation des Higgs-Feldes ggf. leichter werden unterlege noch den anderen Effekten.
Also langsamer als Licht (da sonst meine "Information" verloren gehen würde) + Zeitdilatation.

Nur zur Information: wenn im Zusammenhang mit dem Alcubierre-Antrieb davon die Rede ist, dass für diesen nach den ART-Feldgleichungen eine negative Energiedichte erforderlich ist, dann sagt das zunächst einmal noch rein gar nichts darüber aus, dass diese negative Energiedichte durch Teilchen mit negativer Energie oder negativer Masse gewährleistet werden solle. Überlegungen, wie diese negative Energiedichte eventuell realisiert sein könnte, gehen eher in die Richtung, dass es sich dabei um die Energiedichte des Quantenvakuums, also eines Zustandes, in dem überhaupt keine Teilchen vorhanden sind, handeln könnte.

Ähm, … ???
Also müsste ich ein Quantenvakuum erstellen, das so „Leer“ ist das weniger als Gar nichts erhält?

Wenn wir uns nochmal deine Idee mit dem "Massefeld" und dem schwarzen Loch ansehen, dann fällt ja auf, dass du einmal von der Quantisierung der Gravitation, sprich: der Existenz von Gravitonen (= Quanten des Gravitationsfeldes), ausgehst, und außerdem noch davon, dass in der quantisierten Theorie der Gravitation andere Gleichungen als in der ART gelten, denn nur dadurch könnte so ein "Massefeld" realisiert werden.

Wenn wir also schon bei einer Theorie sind, in der die ART-Feldgleichungen modifiziert werden, dann könnte wir uns auch gleich eine Theorie vorstellen, in der sich der Alcubierre-Antrieb ganz ohne negative Energiedichte realisieren lässt, sondern ausschließlich mit positiver Energie, und noch dazu mit moderaten Mengen davon.

Dann habe ich das mit dem Higgs-Feld wohl total falsch verstanden, da ich davon ausging dass das Higgs-Feld ebenso ein Feld darstellen würde.

[Agent Scullie]

Die Frage dabei wäre aber, wenn ich das Loch abstoßen würde ob mein Schiff bereits eine so große Masse hätte, dass dies wirklich einen Einfluss hätte.

Du sagtest doch, du gingest davon aus, dass du mittels Gravitonen - also auf der Grundlage einer Theorie der Quantengravitation - ein Massefeld erzeugen könntest, mit dem du ein schwarzes Loch vor dein Schiff setzen könntest. Das hieße dann aber, dass es möglich wäre, ein starkes Gravitationsfeld zu erzeugen, ohne dafür eine große Masse zur Verfügung haben zu müssen. Dann sollte es auch nicht darauf ankommen, ob dein Schiff eine große Masse hat.

Moment, ...
Gedanklich mal zusammengefast. Ein schwarzes Loch krümmt den Raum, beschleunigt aber auf Grund seiner Gravitation die Teilchen die es "Auffängt"
Ich würde also beschleunigt werden, aber hätte dann auch viel Zeit verloren aus Sicht eines externen Bezugsystems (Zeitdilatation?).

Wenn du auf ein schwarzes Loch zustürzt, unterliegst du natürlich auch einer geschwindigkeitsbedingten Zeitdilatation (zusätzlich zur gravitativen Zeitdilatation durch das Gravitationsfeld des schwarzen Loches). Ganz anders als beim Alcubierre-Antrieb, wo keine Zeitdilatation auftritt.

Ich könnte also höchstens durch Manipulation des Higgs-Feldes ggf. leichter werden

Wobei du dir das besser zweimal überlegen solltest, ob du das machen willst. Z.B. hängen ja die Radien der Atome in deinem Körper von der Elektronenmasse ab. Würdest du die Elektronenmasse also mittels des Higgs-Feldes verringern, würden sich die Atomradien ändern, und damit nebenbei vermutlich die gesamte Chemie. Das wäre wahrscheinlich tödlich für dich.

Ähm, … ???
Also müsste ich ein Quantenvakuum erstellen, das so „Leer“ ist das weniger als Gar nichts erhält?

So in etwa. Wobei man so was in der Art ja auch schon gemacht hat, nämlich beim Casimir-Effekt. Da wird zwischen zwei Metallplatten ein Teil der Vakuumfluktuationen unterdrückt, dadurch wird die Energiedichte des Vakuums etwas kleiner als sonst. Wenn man also annimmt, dass die gewöhnliche Energiedichte des Vakuums null ist, ist das Resultat eine negative Energiedichte.

Dann habe ich das mit dem Higgs-Feld wohl total falsch verstanden, da ich davon ausging dass das Higgs-Feld ebenso ein Feld darstellen würde.

Ähm, was für ein Feld dachtest du würde das Higgs-Feld sein? So ein Feld wie das von dir angedachte Massefeld, mit dem du ein schwarzes Loch erzeugen wolltest?

Das Higgs-Feld ist nach der Theorie des Higgs-Mechanismus ein Feld, das die Elementarteilchen mit Masse versorgt. Es hat also einen bestimmten Wert, phi genannt, und die Masse jedes Teilchens ist proportional zu diesem Wert. Man könnte also im Prinzip durchaus den Wert des Higgs-Feldes ändern, und dadurch die Massen der Teilchen ändern, natürlich nur unter Beachtung der Energieerhaltung, d.h. wollte man den Wert des Feldes und damit die Massen der Teilchen drastisch erhöhen, so wäre das durch einen entsprechenden Energieaufwand möglich.

[CPL386]

Du sagtest doch, du gingest davon aus, dass du mittels Gravitonen - also auf der Grundlage einer Theorie der Quantengravitation - ein Massefeld erzeugen könntest, mit dem du ein schwarzes Loch vor dein Schiff setzen könntest. Das hieße dann aber, dass es möglich wäre, ein starkes Gravitationsfeld zu erzeugen, ohne dafür eine große Masse zur Verfügung haben zu müssen. Dann sollte es auch nicht darauf ankommen, ob dein Schiff eine große Masse hat.

Ich bin davon ausgegangen, wenn ich eine „Masse“ wie ein schwarzes Loch vor mir aufbauen könnte, es schwerer sein könnte als mein Schiff. Aber da hatte ich sowieso einen Denkfehler.

So in etwa. Wobei man so was in der Art ja auch schon gemacht hat, nämlich beim Casimir-Effekt. Da wird zwischen zwei Metallplatten ein Teil der Vakuumfluktuationen unterdrückt, dadurch wird die Energiedichte des Vakuums etwas kleiner als sonst. Wenn man also annimmt, dass die gewöhnliche Energiedichte des Vakuums null ist, ist das Resultat eine negative Energiedichte.

Moment, ich dachte die Energie eines Quantenvakuums ist eigentlich nie gleich Null da sich immer etwas darin, wenn auch nur wenig, bewegt?!

Ähm, was für ein Feld dachtest du würde das Higgs-Feld sein? So ein Feld wie das von dir angedachte Massefeld, mit dem du ein schwarzes Loch erzeugen wolltest?

Right!

Das Higgs-Feld ist nach der Theorie des Higgs-Mechanismus ein Feld, das die Elementarteilchen mit Masse versorgt. Es hat also einen bestimmten Wert, phi genannt, und die Masse jedes Teilchens ist proportional zu diesem Wert. Man könnte also im Prinzip durchaus den Wert des Higgs-Feldes ändern, und dadurch die Massen der Teilchen ändern, natürlich nur unter Beachtung der Energieerhaltung, d.h. wollte man den Wert des Feldes und damit die Massen der Teilchen drastisch erhöhen, so wäre das durch einen entsprechenden Energieaufwand möglich.

Wie versorgt das Higgs-Feld denn Elementarteilchen mit Masse?
Und würde die Energiezufuhr das ganze wieder total unrentabel machen? (Sprich: Mehr Energie als im Universum vorhanden? Oder nur extrem Hoch?)

Ich muss mich wohl noch einmal mit Alcubierre beschäftigen. Was genau krümmt er jetzt? Den „Raum“, die „Raumzeit“? Durch was für einen Effekt?
Habe wohl gedanklich darin gehangen, wenn ich den Raum krümmen kann, ich somit auch die Raumzeit krümmen würde.
Also davon ausgegangen, wenn ich durch Masse den Raum krümmen bzw. stauchen würde, ich somit auch die Zeitdilatation umgehen würde.
Weil ich ja nicht schneller als die maximale Informationsgeschwindigkeit bin sondern den Weg vor mir verkürzt habe.

Habe bei Dir Agent Scullie unter Umständen jetzt auch noch etwas falsch auf geschnappt, daher Frage ich lieber gleich nach.
Wo ist der Unterschied zwischen der geschwindikeitsbedingten Zeitdilatation und der gravitativen Zeitdilatation?
In wie fern kann Gravitation eine Dilatation hervorbringen?

[Feydaykin]

@Sternenkreuzer

ich glaube du bist da auf dem Falschen Dampfer wie Radiaktivität Funktioniert

noch ist im Weltraum irgendwas was verstrahlt werden kann

und nix für Ungut aber alles was die Menschheit so macht ist selbst auf die Außmaße des Sonnensystem völlig Bedeutungslos.

Ich sag nur ein Wort zum Thema Strahlung und co: Sonne

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Eine solche fortwährende Explosion wäre bei einem Kernspaltungsantrieb jedoch nicht möglich, deswegen hat man das Orion-Konzept entwickelt, wo in diskreten Zeitabständen Einzelexplosionen erfolgen sollen.

@ Agent Scullie

Naja im Prinzip schon, das war wohl Zubrins Idee der Nuklearen Salzwasserakete

wohl das Theoretisch beste was man rausholen kann an einem Fissionantrieb

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Ja verstehe. Wenn wir davon ausgehen dass eine langsame stetige Beschleunigung stattfinden soll die mich an Bord dann nicht an die Wand drückt, würde mich mal interessieren wie schnell das dann von statten gehen kann.
So dass ich an Bord zwar leichten Schub spüre aber ganz locker meine Cornflakes essen kann.
Mir fehlt leider das physikal. Fachwissen um das in Zahlen und Relationen auszudrücken.

DAs wäre schlichtweg 1 G Beschleunigung oder 9,81 Meter die Sekunde


weiterhin musst du bedenken das bei einem Raumschiff von der Logik her nicht vorstellen wie ein Konventionelles Raumschifff

der Boden ist wäre also in Aussströmrichtung

[Sternenkreuzer]

Ich hatte mir halt etwas Sorgen gemacht, dass man mit einer Atombombe etwaige kleine Himmelskörper und auch Mikrometeoriten verstrahlen könnte, die dann andere Himmelskörper kontaminieren könnten.

[Feydaykin]

Äh schau dir mal die Distanzen an.

Du wärst überrascht wie leer das All ist.

Und es kann leider auch im Vakkum nicht wirklich Fallout entstehen.

schon Zündungen in großer Höhe erzeugen kaum noch Fallout.

Und welche Himmeslkörper willst du denn mit so ein bischen Fallout Kontaminieren?

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Nein dafür ist das All zu Leer

und wo kein Medium ist kann auch kein Fallout entstehen.

verblasst sowiso alles angesichts der Kosmischen Strahlung

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Das All ist ziemlich leer

[Agent Scullie]

Moment, ich dachte die Energie eines Quantenvakuums ist eigentlich nie gleich Null da sich immer etwas darin, wenn auch nur wenig, bewegt?!

Der übliche Ansatz zur Beschreibung des Quantenvakuums ist der, dass man jedes Quantenfeld in Moden zerlegt und jede Mode wie einen quantenmechanischen hamonischen Oszillator behandelt. Dabei kommt heraus, dass im Vakuumzustand jede Mode die Energie h*f/2 hat, wobei f die Frequenz der Mode ist. Allerdings führt das zu dem Resultat, dass die Energie des Vakuumzustandes unendlich groß ist, da es unendlich viele Moden gibt. Mehr noch: nicht nur die gesamte Energie des Vakuumzustandes im gesamten Universums ist unendlich, sondern auch die Energiedichte, weil schon dann, wenn man nur ein endliches Raumvolumen betrachtet, unendlich viele Moden beitragen.

Dieses unschöne Resultat kann man dadurch umgehen, dass man den Energienullpunkt umdefiniert. Statt h*f/2 hat dann jede Mode im Vakuumzustand die Energie 0. Wenn dann aber wie beim Casimir-Effekt ein Teil der Moden unterdrückt wird und die Gesamtenergie des Vakuumzustandes kleiner ist als sonst üblich, hat das den Effekt, dass die Energie des Vakuumzstandes negativ wird.

Wie versorgt das Higgs-Feld denn Elementarteilchen mit Masse?

In der Quantenfeldtheorie gibt es zu jeder Teilchenart ein zugrundeliegendes Feld. Die Teilchenmasse ist demnach eine Eigenschaft des Feldes, mathematisch gesprochen taucht in der Feldgleichung, die das jeweilige Feld beschreibt, ein Term auf, der dafür sorgt, dass die Teilchen eine Masse haben, bzw. sich ähnlich verhalten wie es klassische Teilchen mit Masse täten. In der Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung ist es nun so, dass alle teilnehmenden Teilchen, also auch alle Materieteilchen wie Elektronen oder Quarks, eigentlich masselos sind, ihre Feldgleichungen also keinen Masseterm enthalten. Jedoch koppeln sie an das Higgs-Feld, was sich in einem weiteren Term in den Feldgleichungen äußert, der, wenn das Higgs-Feld einen von null verschiedenen Wert annimmt, ganz ähnlich wie ein Masseterm aussieht, so dass sich die zum Feld gehörenden Teilchen wie Teilchen mit Masse verhalten.

Sie haben also nicht wirklich eine Masse, aber das Higgs-Feld beeinflusst sie so, dass sie sich verhalten als ob sie eine hätten.

Eine in populärwissenschaftlichen Quellen beliebige Darstellung ist die, dass die Teilchen gewissermaßen am Higgs-Feld "festkleben", und es ihnen daher schwerer fällt, sich zu bewegen, als wie wenn das Higgs-Feld nicht da wäre. Ich persönlich halte von dieser Analogie allerdings nicht viel.

Und würde die Energiezufuhr das ganze wieder total unrentabel machen? (Sprich: Mehr Energie als im Universum vorhanden? Oder nur extrem Hoch?)

Stell dir vor, du willst das Gravitationsfeld eines Himmelskörpers stärker machen, indem du durch Manipulation des Higgs-Feldes die Massen der Teilchen des Himmelskörpers erhöhst. Dann ist der dafür nötige Energiebedarf mindestens genauso groß wie gemäß der Formel E = m*c^2 der Energiebedarf für die Erzeugung zusätzlicher Teilchen, die du dem Himmelskörper hinzufügst.

Ich muss mich wohl noch einmal mit Alcubierre beschäftigen. Was genau krümmt er jetzt? Den „Raum“, die „Raumzeit“? Durch was für einen Effekt?

Beim Alcubierre-Antrieb wird die Raumzeit gekrümmt, nicht der Raum. Für den Raum bedeutet das lediglich, dass er expandiert (hinter dem Schiff) und kontrahiert (vor dem Schiff), nicht jedoch, dass er gekrümmt würde. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, wie die Raumzeit gekrümmt sein kann, bei einigen ist auch der Raum gekrümmt, bei anderen nicht.

Der "Effekt", mit dem Alcubierre bei der Beschreibung seines Antriebs die Raumzeit krümmt, ist die Kopplung zwischen Materie und Raumzeit, die durch die ART-Feldgleichungen beschrieben wird. Diese besagen, dass Materie eine krümmende Wirkung auf die Raumzeit hat. Das kann dann z.B. auf das Gravitationsfeld eines gewöhnlichen Himmelskörpers führen, oder auf ein expandierendes Universum, oder auf eine Alcubierresche Warpblase.

Habe wohl gedanklich darin gehangen, wenn ich den Raum krümmen kann, ich somit auch die Raumzeit krümmen würde.
Also davon ausgegangen, wenn ich durch Masse den Raum krümmen bzw. stauchen würde, ich somit auch die Zeitdilatation umgehen würde.

Wenn du den Raum krümmst, dann krümmst du damit immer auch die Raumzeit. Aber nicht unbedingt so, dass damit bei hohen Geschwindigkeiten die aus der SRT folgende geschwindigkeitbedingte Zeitdilatation umgangen werden könnte. Dafür ist eher eine Krümmung wie beim Alcubierre-Antrieb nützlich, die nicht von einer Krümmung des Raumes begleitet ist (wohl aber von einer Expansion und Kontraktion des Raumes).

Mathematisch wird die Krümmung durch den Riemannschen Krümmungstensor beschrieben, der für die Raumzeit 256 Komponenten hat, wovon allerdings nur 20 unabhängig voneinander sind. Üblicherweise betrachtet man aber stattdessen den metrischen Tensor, von dem sich der Krümmungstensor ableitet. Im Fall der Raumzeit kann man sich den metrischen Tensor als 4*4-Matrix denken, wobei von den 4*4 = 16 Komponenten 3*3 = 9 auf den Raum entfallen. Wird also nur die Raumzeit gekrümmt, nicht aber der Raum, fallen die 9 Komponenten für den Raum schonmal weg. Von den verbleibenden 7 Komponenten ist eine einzige zeitlich, die anderen 6 sind gemischt zeitlich-räumlich. Beim Alcubierre-Antrieb ist die eine zeitliche interessant sowie zwei der zeitlich-räumlichen, insgesamt also drei (vier der sechs zeitlich-räumlichen Komponenten fallen deswegen weg, weil man ja nur in eine Richtung fliegen will).

Habe bei Dir Agent Scullie unter Umständen jetzt auch noch etwas falsch auf geschnappt, daher Frage ich lieber gleich nach.
Wo ist der Unterschied zwischen der geschwindikeitsbedingten Zeitdilatation und der gravitativen Zeitdilatation?
In wie fern kann Gravitation eine Dilatation hervorbringen?

Die geschwindigkeitsbedingte Zeitdilatation tritt auf, wenn du dich mit hohen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegst. Die gravitative Zeitdilatation dagegen z.B. dann, wenn du in einem starken Gravitationsfeld ruhst. Stellt man z.B. eine Uhr nahe an einem Gravitationszentrum auf und eine zweite weiter weg, so stellt man fest, dass die näher am Gravitationszentrum platzierte langsamer geht. Allerdings ist diese Feststellung koordinatenabhängig: man kann in ein anderes Koordinatensystem transformieren, in dem beide Uhren gleich schnell gehen. Man kann aber stattdessen auch folgendes machen: man lässt beide Uhren in der gleichen Entfernung vom Gravitationszentrum starten, bewegt eine von beiden dann näher an das Gravitationszentrum heran, die andere dagehen weiter davon weg, wobei beide Bewegungen so langsam erfolgen, dass keine nennenswerte geschwindigkeitsbedingte Zeitdilatation auftritt, lässt beide dann lange Zeit an ihren Positionen verweilen, und bringt sie anschließen wieder zusammen, abermals mit sehr geringer Geschwindigkeit. Dann stellt man fest, dass die Uhr, die näher am Gravitationszentrum positioniert war, weniger vergangene Zeit anzeigt. Diese Feststellung ist koordinatenunabhängig, sie gilt in allen Koordinatensystemen gleichermaßen.

Dass die Gravitation eine solche Art der Zeitdilatation hervorbringen kann, hängt damit zusammen, dass die Gravitation die Krümmung der Raumzeit ist. Im Prinzip ist es auch in einer ungekrümmt Raumzeit, also in Abwesenheit eines Gravitationsfeldes, möglich, dass zwei Uhren an einem gemeinsamen Punkt starten und später wieder zusammentreffen und dabei zwei unterschiedliche verstrichene Zeiten anzeigen. Aber eben nur dadurch, dass sich die beiden Uhren zwischenzeitlich sehr schnell relativ zueinander bewegten, und somit zumindest eine der beiden Uhren irgendwann stark beschleunigt haben muss. In einer gekrümmten Raumzeit dagegen können auch zwei Uhren, die beide zu keiner Zeit stark beschleunigten, bei ihrer Wiederbegegnung zwei stark unterschiedliche verstrichene Zeiten anzeigen.

[CPL386]

Danke Agent Scullie für die Erklärungen!

Stell dir vor, du willst das Gravitationsfeld eines Himmelskörpers stärker machen, indem du durch Manipulation des Higgs-Feldes die Massen der Teilchen des Himmelskörpers erhöhst. Dann ist der dafür nötige Energiebedarf mindestens genauso groß wie gemäß der Formel E = m*c^2 der Energiebedarf für die Erzeugung zusätzlicher Teilchen, die du dem Himmelskörper hinzufügst.

Ok, dachte es gäbe ggf. noch eine andere Möglichkeit. E=m*c² macht es wirklich „teuer“ / unrentabel.

Beim Alcubierre-Antrieb wird die Raumzeit gekrümmt, nicht der Raum. Für den Raum bedeutet das lediglich, dass er expandiert (hinter dem Schiff) und kontrahiert (vor dem Schiff), nicht jedoch, dass er gekrümmt würde. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, wie die Raumzeit gekrümmt sein kann, bei einigen ist auch der Raum gekrümmt, bei anderen nicht.

Der "Effekt", mit dem Alcubierre bei der Beschreibung seines Antriebs die Raumzeit krümmt, ist die Kopplung zwischen Materie und Raumzeit, die durch die ART-Feldgleichungen beschrieben wird. Diese besagen, dass Materie eine krümmende Wirkung auf die Raumzeit hat. Das kann dann z.B. auf das Gravitationsfeld eines gewöhnlichen Himmelskörpers führen, oder auf ein expandierendes Universum, oder auf eine Alcubierresche Warpblase.

Dann lag ich wohl nicht ganz so Falsch, außer dass ich die Raumzeit „Geometrie?“ Blödsinn gemacht habe.

Wenn du den Raum krümmst, dann krümmst du damit immer auch die Raumzeit. Aber nicht unbedingt so, dass damit bei hohen Geschwindigkeiten die aus der SRT folgende geschwindigkeitbedingte Zeitdilatation umgangen werden könnte. Dafür ist eher eine Krümmung wie beim Alcubierre-Antrieb nützlich, die nicht von einer Krümmung des Raumes begleitet ist (wohl aber von einer Expansion und Kontraktion des Raumes).

Mathematisch wird die Krümmung durch den Riemannschen Krümmungstensor beschrieben, der für die Raumzeit 256 Komponenten hat, wovon allerdings nur 20 unabhängig voneinander sind. Üblicherweise betrachtet man aber stattdessen den metrischen Tensor, von dem sich der Krümmungstensor ableitet. Im Fall der Raumzeit kann man sich den metrischen Tensor als 4*4-Matrix denken, wobei von den 4*4 = 16 Komponenten 3*3 = 9 auf den Raum entfallen. Wird also nur die Raumzeit gekrümmt, nicht aber der Raum, fallen die 9 Komponenten für den Raum schonmal weg. Von den verbleibenden 7 Komponenten ist eine einzige zeitlich, die anderen 6 sind gemischt zeitlich-räumlich. Beim Alcubierre-Antrieb ist die eine zeitliche interessant sowie zwei der zeitlich-räumlichen, insgesamt also drei (vier der sechs zeitlich-räumlichen Komponenten fallen deswegen weg, weil man ja nur in eine Richtung fliegen will).

Das endet aber zumindest für mich den die Fragen:
Als was kann man sich diese Komponenten vorstellen? Oder gibt es da einen Link der mir das halbwegs erklären könnte?

Und wie kann zwischen Raum und Raumzeit unterscheiden (Die unterstrichenen Sätze)? Ging immer davon aus, dass es nur die Raumzeit gibt.

Raum und zeitlich-räumliche? Wie darf man das verstehen? (Wird wohl mit Frage Nr. 1 geklärt werden)
Hat man schon irgendwelche Anhaltspunkte / Experimente wie man diese zeitlich-räumlichen Komponenten Manipulieren könnte?


Btw. Hatten wird das nicht irgendwo schon einmal im Forum?
Diese Diskussion über Raumzeit / WARP kommt mir irgendwie sehr bekannt vor, finde aber den Link dazu nicht.
Haben wir auch einen Thread für realistische Antriebe in Technik & Wissenschaft oder nur den unter Allgemein Sci-Fi?

[Agent Scullie]

Dann lag ich wohl nicht ganz so Falsch, außer dass ich die Raumzeit „Geometrie?“ Blödsinn gemacht habe.

Was meinst du mit "Raumzeit Geometrie Blödsinn"? Die Raumzeit hat eine Geometrie, das ist kein Blödsinn.

Das endet aber zumindest für mich den die Fragen:
Als was kann man sich diese Komponenten vorstellen?

Stell dir dazu am besten statt eines so komplexen Gebildes wie der Raumzeit mit ihren vier Dimensionen zunächst einen zweidimensionalen Raum vor. Nimm zunächst an, der sei flach, also nicht gekrümmt. In diesem konstruierst du dann ein kartesisches Koordinatensystem mit den beiden Koordinaten x und y. Falls du dir darunter nichts so rechtes vorstellen kannst, siehe z.B. hier:

Koordinatensysteme: Kartesisches Koordinatensystem (2D)

Nun nimm zwei benachbarte Punkte in diesem Raum, der eine mit den Koordinaten (x0, y0), der andere mit den Koordinaten (x0 + dx, y0 + dy). Für den Abstand ds zwischen beiden Punkten gilt dann (Satz von Pythagoras)

ds^2 = dx^2 + dy^2

Dies lässt sich umschreiben zu

ds^2 = g_xx dx^2 + g_yy dy^2 + g_xy dx dy + g_yx dy dx

mit g_xx = 1, g_yy = 1, g_xy = 0, g_yx = 0. Die vier Größen g_xx, g_yy, g_xy, g_yx bilden die vier Komponenten des metrischen Tensors des flachen zweidimensionalen Raumes in kartesischen Koordinaten. Man kann den metrischen Tensor als 2*2-Matrix schreiben und die beiden Koordinatendifferenzen dx und dy zu einem Vektor zusammenfassen, dann entspricht die rechte Seite einer Matrix-Vektor-Multiplikation:

ds^2 = ((g_xx, g_xy), (g_yx, g_yy)) * (dx, dy)

Nun stell dir vor, der Raum sei nicht mehr flach, sondern gekrümmt. Als erstes ist es dann nicht mehr möglich, ein kartesisches Koordinatensystem zu konstruieren. Wohl aber kann man ein Koordinatensystem konstruieren, dass kartesischen Koordinaten zumindest ähnelt. Du kannst also wieder zwei benachbarte Punkte betrachten, mit den Koordinaten (x0,y0) und (x0 + dx, y0 + dy). Allerdings gilt für den Abstand ds zwischen den Punkten jetzt i.a. nicht mehr

ds^2 = dx^2 + dy^2

Sehr wohl aber lässt sich der Abstand noch schreiben als

ds^2 = g_xx dx^2 + g_yy dy^2 + g_xy dx dy + g_yx dy dx

nur dass nun nicht mehr einfach g_xx = g_yy = 1, g_xy = g_yx = 0 gilt. Die vier Komponenten des metrischen Tensors sind jetzt vielmehr von der Position im Raum abhängig. Allerdings kann dieses Resultat auch in einem flachen Raum auftreten, und zwar dann, wenn man keine kartesischen Koordinaten verwendet. Allein daraus, dass die Komponenten des metrischen Tensors ortsabhängig sind, folgt also noch nicht, dass der Raum gekrümmt ist.

Man muss vielmehr unterschiedliche Größen betrachten, die aus dem metrischen Tensor abgeleitet werden können. Da sind zum einen die Christoffelsymbole. Wenn die Komponenten des metrischen Tensors konstant sind, wie in kartesischen Koordinaten im flachen Raum, dann sind die Christoffelsymbole alle 0. Sind die Komponenten dagegen ortsabhängig, so sind einige oder alle Christoffelsymbole von 0 verschieden. Will man nun wissen, ob das daran liegt, dass der Raum gekrümmt ist, oder nur daran, dass man nicht-kartesische Koordinaten verwendet, so muss man den Riemanschen Krümmungstensor betrachten, der aus den Christoffelsymbolen konstruiert werden kann (und damit indirekt aus dem metrischen Tensor). Wenn die Komponenten des Krümmungstensors alle 0 sind, so ist der Raum flach, und man hat lediglich nicht-kartesische Koordinaten benutzt. Sind dagegen einige oder alle Komponenten von 0 verschieden, so steht dadurch fest, dass der Raum gekrümmt ist.

In dem angenommenen Fall, dass der Raum nur zwei Dimensionen hat, hat der Krümmungstensor 2^4 = 16 Komponenten, die aber alle voneinander abhängig sind, d.h. es gibt nur eine einzige unabhängige Komponente. Die Krümmung des Raumes kann also durch eine einzige Zahl, durch einen Skalar, ausgedrückt werden. Bei drei oder vier Dimensionen ist es weitaus komplizierter, in drei Dimensionen hat der Krümmungstensor 6 unabhängige Komponenten, in vier Dimensionen wie bereits erwähnt 20. Man kann auch da aus dem Krümmungstensor einen Skalar, den Ricci-Skalar, ableiten, der aber beschreibt die Krümmung dann nicht vollständig.

Unabhängig von der Dimensionenzahl besteht die Bedeutung des metrischen Tensors aber immer darin, dass über ihn der Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten berechnet werden kann. Im allgemeinen schreibt man dann

ds^2 = g_ij dx^i dx^j

Dabei sind i und j Indizes, die über alle Dimensionen des Raumes bzw. der Raumzeit laufen. dx^i bedeutet dabei keine Potenzierung mit i, sondern dass der Index i hochgestellt ist. In zwei Dimensionen laufen i und ja also über 1 und 2, wobei, wenn also Koordinaten x und y verwendet werden, gilt:

dx^1 = dx, dx^2 = dy, g_11 = g_xx, g_22 = g_yy, g_12 = g_xy, g_21 = g_yx

Zudem gilt die Einsteinsche Summenkonvention: über doppelt vorkommende Indizes wird summiert, der Ausdruck g_ij dx^i dx^j bedeutet somit eigentlich

g_11 dx^1 dx^1 + g_12 dx^1 dx^2 + ...

Laut Konvention trägt im Fall der Raumzeit die Zeitkoordinate den Index 0, die Indizes laufen dann also von 0 bis 3.

Oder gibt es da einen Link der mir das halbwegs erklären könnte?

Versuch mal den hier:

Webseite von Wolfgang Salzmann

Und wie kann zwischen Raum und Raumzeit unterscheiden (Die unterstrichenen Sätze)? Ging immer davon aus, dass es nur die Raumzeit gibt.

Wenn du in der Raumzeit ein vierdimensionales Koordinatensystem (t,x,y,z) konstruierst und dessen Zeitkoordinate t festhältst, dann ergibt sich ein dreidimensionaler Unterraum der Raumzeit, das ist dann der Raum. Das ist so wie wenn du im zweidimensionalen Raum z.B. die y-Koordinate festhältst, da erhältst du dann einen eindimensionalen Unterraum, auf dem sich nur die x-Koordinate ändern kann.

Raum und zeitlich-räumliche? Wie darf man das verstehen? (Wird wohl mit Frage Nr. 1 geklärt werden)

Denk nochmal an den zweidimensionalen Raum. Da hat der metrische Tensor zwei Diagonalkomponenten g_xx und g_yy, und zwei Nichtdiagonalkomponenten g_xy und g_yx. In den Nichtdiagonalkomponenten sind also x und y gemischt. Analog hast du im Fall der vierdimensionalen Raumzeit z.B. die Komponenten g_xt und g_tx, in denen t (die Zeitkoordinate) und x (eine der drei räumlichen Koordinaten) gemischt sind.

Hat man schon irgendwelche Anhaltspunkte / Experimente wie man diese zeitlich-räumlichen Komponenten Manipulieren könnte?

Anhaltspunkte: die ART-Feldgleichungen.

Experimente: alle Experimente, durch die die ART-Feldgleichungen bestätigt werden.

Man muss allerdings anmerken, dass das Auftreten solcher Nichtdiagonalkomponenten (dass diese also von 0 verschieden sind) koordinatenabhängig ist. Es lassen sich stets Koordinatensysteme finden, in denen die Nichtdiagonalkomponenten null werden. Beim Alcubierre-Antrieb wären das z.B. mitbewegte Koordinaten, in denen also das in der Warpblase transportierte Raumschiff an festen räumlichen Koordinaten verbleibt. Bei der Beschreibung der Expansion des Universums verwendet man üblicherweise auch solche mitbewegten Koordinaten.

Btw. Hatten wird das nicht irgendwo schon einmal im Forum?
Diese Diskussion über Raumzeit / WARP kommt mir irgendwie sehr bekannt vor, finde aber den Link dazu nicht.
Haben wir auch einen Thread für realistische Antriebe in Technik & Wissenschaft oder nur den unter Allgemein Sci-Fi?

Vielleicht im Sammelthread für FTL-Antriebe im "Scifi allgemein"-Forum?