Sammel-Thread für FTL-Antriebe aus verschiedenen Scifi-Universen

[Agent Scullie]

Und für jene, denen das zwar nicht zu mathematisch, aber zu ausführlich und langatmig war, hier noch eine Kurzfassung

Nach der KQG stellt die Raumzeit kein fundamentales Objekt dar, sondern wird aus einer Abfolge von raumartigen Hyperflächen aufgebaut. Man kann sich die Raumzeit als Pfad in einem abstrakten Superraum vorstellen, von dem jeder Punkt einer solchen raumartigen Hyperfläche entspricht. Für die FTL-Raumfahrt ist dieses Bild in zweierlei Hinsicht interessant. Einerseits wird eine absolute Gleichzeitigkeit definiert: zwei Ereignisse (Raumzeitpunkte) sind dann absolut gleichzeitig, wenn sie der gleichen Hyperfläche angehören. Damit lassen sich kausale Schleifen vermeiden.

Der zweite interessante Aspekt ist, dass die Eigenschaften der Raumzeit vollständig durch die Eigenschaften der Hyperflächen, die den Pfad bilden, definiert werden. Man stelle sich zwei Hyperflächen wie in Bild 3 vor. Auf beiden finden sich jeweils drei Uhren, die alle die gleiche Zeit anzeigen, wobei der Zeigerstand der Uhren auf der oberen Hyperfläche dem auf der unteren Hyperfläche um eine bestimmte Differenz voraus ist. Außerdem ist die obere mittlere Uhr weiter von der oberen linken Uhr entfernt als die untere mittlere von der unteren linken Uhr. Nun stelle man sich weiterhin vor, die Differenz in der Entfernung sei größer als die Differenz im Zeigerstand, multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit, und die beiden Hyperflächen gehörten einem Pfad an. Dann bedeutet das, dass auf diesem Pfad die mittlere Uhr sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt, mehr noch: sie dabei keinem Zeitdilatationseffekt unterliegt, da sie sie stets die gleiche Zeit anzeigt wie die linke und rechte Uhr. Daraus folgt, dass die beiden Hyperflächen die Metrik der resultierenden Raumzeit so festlegen, dass sie eine solche überlichtschnelle, zeitdilatationsfreie Reise der Uhr gewährleistet, z.B. durch eine Alcubierre-Warpblase um die Uhr herum.

Diese mittlere Uhr kann etwa einem Raumschiff entsprechen, und die beiden anderen Uhren zwei Sternen, zwischen denen es unterwegs ist. Wichtig dafür, dass ein Pfad, der die beiden beschriebenen Hyperflächen enthält, realisiert werden kann, ist, dass auf ihm eine Größe, die man Wirkung nennt, minimal wird. Dazu kann man eine Art von Warpfeld annehmen, das dies sicherstellt, indem es einen geeigneten Beitrag zur Wirkung liefert, und bei Bedarf ein- und ausgeschaltet werden kann. Für ein anderes Problem, das die Alcubierre-Metrik in der ART bereitet, nämlich dass sich die vorderste Front der Warpblase raumartig bewegen muss, bietet das Raumzeitbild der KQG ebenfalls eine elegante Lösung an: raumzeitliche Abstände zwischen Ereignissen sind nur dann relevant, wenn es eine Uhr gibt, deren Weltlinie die beiden Ereignisse durchläuft. Die Front der Warpblase stellt aber keine Uhr dar, deswegen stört es nicht weiter, wenn ihre Weltlinie raumartig ist.

[Agent Scullie]

Mal wieder was neues von von mir:

Wie hier bereits angekündigt, hat mich dieser Beitrag von logman, in dem es darum ging, Quantenfluktuationen der Raumzeit-Geometrie, also Quantengravitationseffekte, für einen FTL-Antrieb zu nutzen, dazu angeregt, mir ein neues Antriebskonzept auf der Grundlage der sog. kanonischen Quantengravitation (KQG) auszudenken. Dieses will ich hier nun präsentieren. Bekanntlich gibt es in der heutigen Physik noch keine vollständige Theorie der Quantengravitation, sehr wohl aber schon eine Reihe von Ansätzen für eine solche, von denen die KQG, an der bereits John A. Wheeler in den 60er Jahren gearbeitet hat, und auf der u.a. die Quantenkosmologie und die Loop-Quantengravitation aufbauen, einer ist. Ein Wort vorweg: von der Idee eines Parallelraums, wie ich sie in Posting #154 erläutert habe, bin ich wieder abgekommen, dafür orientiere ich mich wieder verstärkt am Alcubierre-Antrieb. Einen Aspekt der Parallelraumlösung behalte ich allerdings bei, wie ich weiter unten erläutern werde. Viele Leser dürfte es freuen, dass meine Erläuterung ohne Mathematik auskommt, ich werde aber voraussichtlich noch ein PDF mit einer mathematisierteren Version erstellen.

Als Orientierungshilfe habe ich die Verweise auf die angehängten Bilder im Text fett markiert.

Teil 1: Die kanonische Quantengravitation und ihr Raumzeit-Verständnis

Folgt man der KQG, so ist die die 4-dim. Raumzeit kein fundamentales Objekt, sondern wird aus einer Abfolge von raumartigen Hyperflächen, d.h. 3-dim. Räumen, aufgebaut. Man kann sich jede raumartige Hyperfläche als einen "Punkt" in einem abstrakten Raum, dem Superraum, vorstellen, die Raumzeit bildet dann einen "Pfad" in diesem Superraum. Auf jeder Hyperfläche sind eine Dreiergeometrie h und ein Satz nicht-gravitativer Felder Φ definiert, die die "Position" (h, Φ) der Hyperfläche im Superraum angeben. Alle Eigenschaften der Raumzeit, so auch ihre Vierergeometrie g, werden durch die Punkte festgelegt, die der Pfad durchläuft, durch die Dreiergeometrien und Felder (h, Φ). Im ersten angehängten Bild sind drei exemplarische Pfade dargestellt: der erste, grüne ist ein einfacher Pfad ohne Schleifen, der zweite, blaue, enthält zwei Schleifen, d.h. es gibt Werte von (h, Φ), die mehrfach vorkommen, der dritte, gelbe Pfad schließlich besteht aus nur einem einzigen Punkt, er entspricht einer vollkommen statischen Raumzeit, in der sich h und Φ nicht ändern. Eine solche Raumzeit wäre aus Sicht der KQG von überhaupt keiner Raumzeit nicht zu unterscheiden, und ist deswegen, anders als in der ART, nicht möglich.

Eine ungewöhnlich anmutende Konsequenz hat dieses Bild für die Zeit. Diese tritt überhaupt nicht als eigenständige Größe in Erscheinung. Jeglicher physikalisch messbare Zeitablauf ergibt sich vielmehr erst aus den aufeinander folgenden Werten von h und Φ auf dem Pfad. Von Carlo Rovelli, einem führenden Vertreter der Loop-Quantengravitation, stammt ein vereinfachtes Beispiel hierzu: man stelle sich ein expandierendes Universum vor, beschrieben durch einen mit der Zeit anwachsenden Skalenfaktor, das von einem räumlich homogenen Feld erfüllt ist, das sich periodisch mit der Zeit ändert. Dann entspricht die Zeit, die zwischen zwei auf dem Pfad liegenden Hyperflächen verstreicht, einfach der Anzahl der Periodendurchläufe des Feldes. Die Raumzeit des Beispieluniversum wird daher vollständig durch den Skalenfaktor, der die Dreiergeometrie h repräsentiert, und das homogene Feld charekterisiert, die Zeit erweist sich als überflüssige Hilfsgröße, der keine eigene Bedeutung zukommt. Der sich periodisch ändernde Wert des Feldes übernimmt hier gewissermaßen die Rolle einer Uhr und definiert dadurch einen Zeitablauf. Siehe hierzu das zweite angehängt Bild: die unterschiedlich großen gekrümmten Flächen symbolisieren die unterschiedlichen Größe des Universums zu verschiedenen Zeiten, die zwischen rot und blau wechseldende Farbe steht für den sich periodisch ändernden Wert des Feldes.

Man kann das Prinzip auch nahezu 1:1 auf die Loop-Quantengravitation übertragen. Dabei treten lediglich an die Stelle der raumartigen Hyperflächen die Spin-Netzwerke, an die Stelle der Dreiergeometrien h die Netzwerk-Konfigurationen, und an die Stelle des Superraumes der Konfigurationsraum der Spin-Netzwerke, der Raum aller möglichen Konfigurationen.

Teil 2: Der Antrieb

Zur Realisierung eines FTL-Antriebes ist das so erhaltene Raumzeitbild in zweierlei Hinsicht interessant. Zum einen wird dadurch, dass sich die Raumzeit aus einer Folge von 3D-Räumen zusammensetzt, auf ganz natürliche Weise eine absolute Gleichzeitigkeit definiert, wie sie für FTL-Reisen wesentlich ist, um kausale Schleifen zu vermeiden. Die Raumzeit in raumartige Hyperflächen zerlegen kann man zwar schon in der ART, dort ist die Zerlegung aber beliebig. Nicht so in der KQG, hier sind die Hyperflächen fundamental, und die Raumzeit ist nur abgeleitet. Kausale Schleifen wären nur realisierbar, indem der Pfad im Superraum Schleifen durchläuft, was sich mit der Festlegung, dass nur schleifenlose Pfade zulässig sind, ausschließen lässt. Zugleich kann man aber feststellen, dass dies nicht bedeutet, dass das Relativitätsprinzip, das die Gleichberechtigung aller Inertialsysteme und die Nichtexistenz einer absoluten Gleichzeitigkeit aussagt, auf fundamentaler Ebene verletzt würde: da die Raumzeit und die Zeit keine primordialen Eigenschaften der Natur sind, ist das Relativitätsprinzip auch keine, und kann daher auf primordialer Stufe nicht verletzt werden, schließlich ist es auf dieser gar nicht definiert.

Der zweite bedeutsame Aspekt ist, dass, weil die Raumzeit und mit ihr die Raumzeit-Metrik g nicht fundamental sind, die Physik prinzipiell nicht an die Raumzeit-Metrik und damit auch nicht an die Grenze der Lichtgeschwindigkeit gebunden ist. Man kann sich z.B. einen Pfad vorstellen, der zwei Hyperflächen enthält, wie sie im dritten angehängten Bild gezeigt werden: auf der unteren Hyperfläche finden sich drei Uhren in bestimmten Abständen, die alle die gleiche Zeit anzeigen, ebenso auf der oberen Hyperfläche, nur dass dort die mittlere Uhr nach rechts, zur rechten Uhr hin, verschoben ist und alle drei Uhren eine zwar gleiche, aber spätere Zeit anzeigen. Die Differenz zwischen den beiden Entfernungen der jeweils mittleren von der linken Uhr könnte nun weit größer sein als die Strecke, die ein Lichtsignal in dem Zeitraum zurücklegen würde, der der Differenz zwischen den angezeigten Zeiten entspricht. Auf einem Pfad, der beide Hyperfläche durchläuft, würde sich die mittlere Uhr folglich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen, und das ganz ohne Zeitdilatationseffekt, da der Unterschied in den Anzeigen dieser Uhr der gleiche ist wie bei den beiden anderen Uhren.

Das Bild lässt sich z.B. so deuten, dass die linke und rechte Uhr zwei Sterne darstellen und die mittlere Uhr ein Raumschiff, das vom einen Stern zum anderen reist. Man sieht hier wieder das Prinzip, dass die Eigenschaften der Raumzeit durch die nicht-gravitativen Felder Φ - hier repräsentiert durch die drei Uhren - bestimmt werden. Durch die überlichtschnelle Bewegung der Uhr, die von keiner Zeitdilatation begleitet ist, wird auf dem angenommenen Pfad automatisch eine Raumzeit-Metrik festgelegt, die eine solche Bewegung der Uhr zulässt, wie z.B. die Alcubierre-Metrik. Die Dreiergeometrie h ist der Einfachheit halber auf beiden Hyperflächen als flach zugrundegelegt, da sie keine Rolle spielt.

Nun stellt sich natürlich die Frage, ob ein solcher Pfad, der die beiden angenommenen Hyperflächen enthält, überhaupt realisiert werden würde. Hier kommt eine Größe ins Spiel, die man Wirkung nennt. Diese determiniert, wie der Pfad verläuft: jedem erdenklichen Pfad lässt sich eine solche Wirkung zuordnen, und genommen wird dann vorzugsweise ein Pfad, für den sie minimal wird. In der klassischen Physik würde einfach genau der Pfad mit der kleinsten Wirkung realisiert, in der Quantentheorie ist es etwas komplizierter, dort werden gemäß dem Feynmanschen Pfadintegralkonzept alle prinzipiell möglichen Pfade durchlaufen, jedoch nicht alle mit der gleichen Wahrscheinlichkeit. Eine nennenswerte Wahrscheinlichkeit haben nur die Pfade, die nahe am klassischen Pfad liegen. Man muss folglich eine Formel aufstellen, anhand der man für jeden Pfad die Wirkung berechnen kann. Will man z.B. eine Theorie haben, in der FTL-Reisen verboten sind, dann wählt man eine Formel, bei der herauskommt, dass für den oben angenommenen Pfad mit der überlichtschnellen Uhr die Wirkung weit vom Minimum entfernt ist, so dass sich für diesen Pfad nur eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit ergibt. Das trifft etwa auf die ART zu.

Wir aber wollen natürlich, dass FTL-Reisen möglich sind, und nehmen daher eine Formel für die Wirkung an, die für den beschriebenen Pfad eine hohe Wahrscheinlichkeit, respektive eine minimale Wirkung, zulässt, dabei zugleich aber auch erlaubt, diese Wahrscheinlichkeit mit Hilfe eines Warpfeldes zu steuern, so dass man auch anhalten und ggf. später weiterfliegen kann. Im Bild ist dieses Feld durch die violette Färbung in der Umgebung der mittleren Uhr angedeutet. Die Darstellung ist nur grob schematisch, in der Realität sollte das Feld natürlich eine Asymmetrie aufweisen. Man kann sich dann vorstellen, dass das Warpfeld in Analogie zum Alcubierre-Antrieb eine Warpblase generiert, die das Raumschiff umhüllt und alle darin befindlichen Objekte mit sich führt. Wie schon bei Alcubierre hat die vorderste Front der Warpblase eine raumartige Weltlinie - das ist jedoch nicht weiter störend, da sich auf dieser Weltlinie keine Uhr bewegt. Im Raumzeitbild der KQG ist der raumzeitliche Abstand zwischen zwei Ereignisse bedeutungslos, wenn es keine Uhr gibt, deren Weltlinie zwischen ihnen verläuft.

Teil 3: Die Phasenverschiebung

Beim Alcubierre-Antrieb kontrahiert in der vorderen Wand der Warpblase der Raum. Neben dem Effekt, die überlichtschnelle Fortbewegung der Warpblase zu gewährleisten, hat das die weniger erfreuliche Auswirkung, dass sich kosmische Staubpartikel vor dem Raumschiff ansammeln, und zudem das von vorne kommende Licht der Sterne stark blauverschoben und dadurch in seiner Intensität extrem verstärkt wird. Will man dies vermeiden, kann man einerseits wie beim Natario-Antrieb, den Raum zusätzlich senkrecht zur Bewegungsrichtung expandieren lassen, so dass das Staubpartikel und Licht um die Blase herumgeleitet werden. Dadurch würde zwar die Blauverschiebung vermieden, jedoch würden infolge der Lichtablenkung optische Verzerrungseffekte in Vorwärtsrichtung auftreten. Diese würde nicht unbedingt stören, weil man vorzugsweise FTL-Signale statt Licht zur Navigation verwenden würde, aber sie würden sich onscreen ggf. nicht gut machen.

Das Raumzeitbild der KQG bietet aber eine Alternative an. Da die Raumzeit-Metrik nur eine abgeleitete, sekundäre Größe ist, muss sie nicht notwendigerweise für alle Teilchen gleich sein. Es wäre möglich, dass die Staubpartikel einfach von der Warpblase unbeeinflusst bleiben und in dem gleichen Raumbereich weiter existieren, der von der Blase eingenommen wird. Man könnte z.B. eine Größe, nennen wir sie "Phase", einführen, die bei allen Objekten im bekannten Universums standardmäßig einen bestimmten Wert hat. Ein Objekt, dessen Phase vom Standardwert abweicht, das folglich "aus der Phase ist", kann an der gleichen Stelle existieren wie ein anderes Objekt mit der gewöhnlichen Phase, ohne dass beide miteinander interagieren. Für die Staubpartikel in dem Raumbereich, den die Warpblase gerade durchfliegt, und für von vorne auftreffendes Licht könnte also die Phase geändert werden, während sie für das Raumschiff den Standardwert behält, so dass es zu keiner Interaktion des Raumschiffs mit den Staubteilchen und dem eintreffenden Licht kommt. Nachdem der Raumbereich durchflogen ist, setzt man die Phase der Staubteilchen dann wieder zurück, ebenso die von Licht, das die Blase wieder verlässt. Vom Prinzip her ähnelt das einer Parallelraumlösung wie in Posting #154, bei der Staubpartikel und Licht in einen Parallelraum verschoben werden, nur dass es hier keinen "echten" Parallelraum gibt, eher eine Art "effektiven Parallelraum", oder, wenn man so will, eine "Phasenverschiebung".

An den Rändern der Warpblase wäre zu erwarten, dass eintreffendes Licht nicht abrupt die Phase wechselt, sondern eine Art Übergangszone anzutreffen ist. Dadurch könnte ein Teil des Lichts in der Standardphase bleiben und im Blaseninneren auf das Raumschiff treffen. Das würde gewährleisten, dass man im Raumschiff noch etwas von der Welt außerhalb der Blase sehen kann, und zugleich sicherstellen, dass die Lichtintensität, anders als beim Alcubierre-Antrieb, nicht zu sehr durch die Blauverschiebung verstärkt ist. Im vierten angehängten Bild wird das Prinzip verdeutlicht, dass die Phase der Staubteilchen geändert wird, während sie sich im Bereich der Warpblase (graublau) befinden: die senkrechten grünen Linien sind die Weltlinienabschnitte von Staubpartikeln in der gewöhnlichen Phase, die magentafarbenen senkrechten Linien die Weltlinienabschnitte, auf denen die Phase geändert ist. Die dicke grüne Linie ist die Weltlinie des Raumschiffes, in der Standardphase. Die dicke grüne Linie und die magentafarbenen Linien können sich ohne Schwierigkeiten kreuzen, da ihre Phase unterschiedlich ist.

4. Vergleich zu anderen Konzepten

Dem aufmerksamen Leser wird aufgefallen sein, dass kaum etwas von den in logman's Beitrag beschriebenen Fluktuationen der Raumzeit-Geometrie aufgetaucht ist. Das liegt im wesentlichen daran, dass solche Fluktuationen wenig nutzbar wären. Will man z.B. einen Pfad realisieren, der eine überlichtschnelle Bewegung enthält, so bleibt einem nichts anderes übrig, als die Wahrscheinlichkeit für diesen Pfad sehr groß zu machen. Eine Fluktuation, die dazu führt, dass ab und zu auch mal ein Pfad durchlaufen wird, dessen Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, hat nur dann einen Nutzen, wenn sie auftritt - und das ist eben nur selten der Fall.

Vergleicht man mein neues Konzept mit dem aus Posting #108 und #147, so stellt man fest, dass es eine Parallele gibt, nämlich die, dass die Raumzeit-Metrik g nicht fundamental ist. Das ist aber auch schon alles: in meinem damaligen Konzept war die Raumzeit fundamental, aber nicht ihre Metrik, auch deren räumlicher Teil nicht, beim neuen Antrieb ist die Raumzeit selbst nicht fundamental, dafür aber der Raum und dessen Dreiermetrik h. Im Vergleich zu der Idee aus Posting #218, eine absolute Gleichzeitigkeit mit Hilfe eines T-Feldes ohne fundamentale Verletzung des Relatitivätsprinzips zu gewährleisten, ist die absolute Gleichzeitigkeit jetzt wieder fundamental, aber wie oben erläutert kann man sagen, dass das Relativitätsprinzip nicht fundamental verletzt wird, weil es selbst nicht auf fundamentaler Stufe definiert ist.

[Halman]

Du schreibst sinngemäß, dass laut TNG:TM aus 100 Einheiten Energie 76 Einheiten Antimaterie entstehen, wobei die Umwandlungsverluste demzufolge bei 24% liegen.

Ist dies nicht der entscheidene Punkt, der für die Herstellung von Antimaterie mittels Sonnenergie spricht? Wenn man 76% der eingefangen Sonnenenergie in Antimaterie umwandeln kann, welche sich bei der Annihilation mit Materie vollständig zu Energie zerstrahlt, so wäre dies 111,76 mal effizienter als die Fusion von Wassertstoff.

Hier räume ich ein, dass ich die Effizienz der Fusion von 3He und anderen Elementen nicht kenne, aber sicher keine 76%-Effizenz.

@logman
Physikalisch gesehen hast Du natürlich recht, wenn man die Fusion der Sonne berücksichtigt, aber Sonnenenergie ist ja konstenlos - diese zu 76% auszunutzen bedeutet auch 76% Rentablität, im Gegensatz zur künstlichen Kernfusion, dessen Rentabilität ca. um 1% liegen dürfte.

[McWire]

Lt. TNG Tech Manual muß ich etwa 10 kg Deuterium in den Prozess einbringen um am Ende 1 kg Antideuterium rauszubekommen. Die 76% Wirkungsgrad gelten für die Einbeziehung der Sonne als natürliche Energiequelle.

Wobei es letztendlich egal ist, woher man die Ausgangsenergie nimmt. Entscheidend für den Wirkungsgrad und der Menge des am Ende herauskommenden Antideuteriums ist die Effizienz des Umwandlungsprozesse und nicht die Frage woher die dafür notwendige Energie kommt.

Man kann hinter einen Kernfusionsreaktor auch eine Antideuterium-Synthese-Einheit schalten, wobei die Kernfusion einen Wirkungsgrad von vielleicht 1% und die Synthese-Einheit einen von 76% besitzt.
Demzufolge wäre der energetische Gesamtwirkungsgrad dieser Konstruktion gemessen an der Masse des zugeführten Fusionsbrennstoffes (Deuterium) bei 0,76%. d.h. man würde aus 1 kg Deuterium 7,6 Gramm Antideuterium gewinnen, aus dem man dann (in der Kombination mit der gleichen Menge Deuterium) etwa 1,37*10^15 Joule an Energie gewinnen kann. Gesamteinsatz also 1007,6 Gramm (1,0076 kg) Deuterium.

Um die gleiche Menge Energie durch reine Kernfusion zu gewinnen, würde man (bei einem hypothetischen Wirkungsgrad von 1%) 1520 Gramm (1,52 kg) Deuterium benötigen.

d.h. man würde bei reiner Kernfusion "nur" den 1,5-fachen Treibstoffbedarf haben oder anders ausgedrückt, man kann bei gleicher Treibstoffmenge etwa 2/3 der Entfernung zurück legen.

[logman]

Deine Rechnung, die du da richtiger-weise aufstellst, funktioniert nur, wenn ich die zur Antimaterieherstellung genutzte Energie vorher künstlich per Kernfusion erzeuge.

Lt. TNG Tech Manual muß ich etwa 10 kg Deuterium in den Prozess einbringen um am Ende 1 kg Antideuterium rauszubekommen. Die 76% Wirkungsgrad gelten für die Einbeziehung der Sonne als natürliche Energiequelle.

Aber das würde kein Mensch machen, weil es ineffizient wäre, da man dann ja gleich die Kernfusion auf dem Raumschiff verwenden kann und sich einen verlustbehafteten Umwandlungsschritt spart.

Bei gleicher Antriebsleistung und gleicher Brennstoffzuladung würde dem Schiff ohne M/AM aber bereits nach etwa 0,5-1% der üblichen Strecke der Sprit ausgehen.
Da bringt mich das (bei der Antimateriesynthese) eingesparte Drittel an Deuterium im wahrsten Sinne des Wortes nicht viel weiter.

Ist wie in der Politik, an der Wahlurne entscheidet man sich für das kleinere Übel

[McWire]

so wie ich das richtig verstanden habe ist die Gewinnung von Energie aus der Reaktion Materie/Antimaterie die mit dem höchsten Wirkungsgrad,allerdings scheitert es bei der Erzeugung von Antimaterie,da man da erstmal per Kernfusion diese erzeugen müsste,was ....und jetzt kommt das was ich noch nicht verstanden habe....die Effizienz der Erzeugung vom Wirkungsgrad der Fusion abhäng?
Also geringer Wirkungsgrad bei der kernfusion bringt ebend nur einen geringen Antimaterieanteil zu stande? richtig?

Wenn du die Antimaterie unbedingt mit Hilfe von Kernfusion erzeugen willst, wäre die Gesamteffizienz natürlich geringer als wenn man gleich die Kernfusion auf einem Raumschiff verwendet.

Es spricht aber überhaupt nichts dagegen die Antimaterie mit einem viel größeren Wirkungsgrad zu erzeugen, indem man statt Kernfusion einfach natürlich vorhandene Energiequellen nimmt.

[kosmoaffe]

so wie ich das richtig verstanden habe ist die Gewinnung von Energie aus der Reaktion Materie/Antimaterie die mit dem höchsten Wirkungsgrad,allerdings scheitert es bei der Erzeugung von Antimaterie,da man da erstmal per Kernfusion diese erzeugen müsste,was ....und jetzt kommt das was ich noch nicht verstanden habe....die Effizienz der Erzeugung vom Wirkungsgrad der Fusion abhäng?
Also geringer Wirkungsgrad bei der kernfusion bringt ebend nur einen geringen Antimaterieanteil zu stande? richtig?

[McWire]

Unterschlägst du hier nicht das deine 76% Ausgangsenergie erstmal konventionell (Fusion mit Solarunterstützung) erzeugt werden, und der "lausige" Wirkungsgrad des Fusionsprozesses per Multiplikation sich auch im Gesamtwirkungsgrad bei der Antimaterie niederschlägt?

Energie kann nicht erzeugt werden, sie kann nur ineinander umgewandelt werden. Das Deuterium, welches im Kernfusions-Reaktor "verbrannt" wird, musste ja auch erstmal irgendwie "hergestellt" werden.

Allerdings ist kein Mensch so blöd künstlich Deuterium herzustellen, wenn es doch in natürlicher Form vorliegt.

Bei Antimaterie gibt es zwar keine natürlich Quelle, dafür kann man für die Herstellung der Antimaterie aber natürliche Energiequellen verwenden, die dann natürlich einen Wirkungsgrad von 100% haben, weil sie einfach da sind.

Deine Rechnung, die du da richtiger-weise aufstellst, funktioniert nur, wenn ich die zur Antimaterieherstellung genutzte Energie vorher künstlich per Kernfusion erzeuge. Aber das würde kein Mensch machen, weil es ineffizient wäre, da man dann ja gleich die Kernfusion auf dem Raumschiff verwenden kann und sich einen verlustbehafteten Umwandlungsschritt spart.

[logman]

Damit ist auch die Erzeugung der Antimaterie effizienter. Weil man bei der Erzeugung von Antimaterie 76% der Ausgangsenergie in der Masse der Antimaterie wieder findet und davon den größten Teil zurückgewinnen kann.

Unterschlägst du hier nicht das deine 76% Ausgangsenergie erstmal konventionell (Fusion mit Solarunterstützung) erzeugt werden, und der "lausige" Wirkungsgrad des Fusionsprozesses per Multiplikation sich auch im Gesamtwirkungsgrad bei der Antimaterie niederschlägt?

Sagen wir großzügig aufgerundet das der Fusionsprozess mit einem % Wirkungsgrad läuft.
Sagen wir das der Antimaterieerzeugungsprozess selbst einen Wirkungsgrad von 76% hat.
Der Warpkern "verbrennt" dann zu 100%

Dann hat die indirekte Energieezeugung über Fusion>Antimaterieerzeugung>Warpkern einen Gesamtwirkungsgrad von nur noch 0,01x0,76x1,00=0,0076 oder 0,76%

Effizient ist nur die verlustfreie Zerstrahlung von Antimaterie im Warpkern der Raumschiffe wenn man den eigentlichen verlustbehafteten Herstellungsprozess der Antimaterie vom Bordbetrieb fernhällt.

[McWire]

76% bedeuten das 100 Einheiten Energievolumen die in die Erzeugung der Antimaterie gesteckt werden, nur eine Antimateriemenge erzeugen die später im Bordbetrieb 76 Energieeinheiten wieder freisetzen. Nicht die Erzeugung der Antimaterie ist effektiver als Fusion, nur die Verwendung von Antimaterie die nicht an Bord selbst produziert werden musste.

Du schreibst sinngemäß, dass laut TNG:TM aus 100 Einheiten Energie 76 Einheiten Antimaterie entstehen, wobei die Umwandlungsverluste demzufolge bei 24% liegen.
An Bord des Raumschiffes wird dann 99% der in der Antimaterie gespeicherte Energie in eine brauchbare Form umgewandelt. (1% technisch bedingter Verluste sollte man wohl mit einbeziehen.)
d.h. von der ursprünglichen Energie sind 75,24% als brauchbare Energie erhalten geblieben und 24,75% gehen als nichtnutzbarer Energieanteil verloren.

Bei der Kernfusion wird weniger als 1% der eingesetzten Treibstoffmasse in nutzbare Energie umgewandelt. d.h. von der ursprünglichen Energie, welche in der Bindungfähigkeit des Treibstoffes enthalten ist, gehen bei der Fusion 99% als nicht nutzbarer "Müll" verloren.

Damit ist auch die Erzeugung der Antimaterie effizienter. Weil man bei der Erzeugung von Antimaterie 76% der Ausgangsenergie in der Masse der Antimaterie wieder findet und davon den größten Teil zurückgewinnen kann.

Bei der Kernfusion kann ich nicht nur einen winzig kleinen Anteil der ursprünglichen Energie zurück gewinnen (eben durch die Refusion), sondern die Spaltung der Fusionsprodukte zurück in Treibstoffe wäre auch nicht so effizient.

Natürlich ist es in der Praxis blödsinnig die Fusionsprodukte wieder zu spalten, um damit neuen Treibstoff zu gewinnen, weil die Ausgangsstoffe in großen Mengen in natürlicher Form vorliegen. Müsste man aber die Fusionsprodukte recyceln, so hätte die Herstellung von Antimaterie mit 76% Effizienz immer noch einen viel größeren Wirkungsgrad.

[logman]

die Verwendung von Antimaterie.

... habe ich auch gar nicht bemängelt

[Halman]

76% bedeuten das 100 Einheiten Energievolumen die in die Erzeugung der Antimaterie gesteckt werden, nur eine Antimateriemenge erzeugen die später im Bordbetrieb 76 Energieeinheiten wieder freisetzen. Nicht die Erzeugung der Antimaterie ist effektiver als Fusion, nur die Verwendung von Antimaterie die nicht an Bord selbst produziert werden musste.

Die Fusion von Wasserstoff setzt nur 0,68% der Masse als Energie frei. Der Vergleich von 0,68% zu 76 Prozent spricht doch sehr für die Verwendung von Antimaterie.

[logman]

Damit ist die Antimaterie-Erzeugung mit 76% immer noch mehr als 10 mal effizienter als Kernfusion, die höchstens auf eine einstellige Prozentzahl kommen kann, selbst wenn man fiktive Materialien nutzen würde.

76% bedeuten das 100 Einheiten Energievolumen die in die Erzeugung der Antimaterie gesteckt werden, nur eine Antimateriemenge erzeugen die später im Bordbetrieb 76 Energieeinheiten wieder freisetzen. Nicht die Erzeugung der Antimaterie ist effektiver als Fusion, nur die Verwendung von Antimaterie die nicht an Bord selbst produziert werden musste.

[Halman]

Antimaterie garantiert die maximale Energieausbeute

Damit ist die Antimaterie-Erzeugung mit 76% immer noch mehr als 10 mal effizienter als Kernfusion, die höchstens auf eine einstellige Prozentzahl kommen kann, selbst wenn man fiktive Materialien nutzen würde.

Genau so ist es.

Die Annihilation von Materie und Antimaterie setzt die maximale Energie gemäß E=mc² frei. Da kommt auch AFAIK kein Kondensator mit.
Größere Energiemengen könnten fiktiv nur durch die Nutzung des Subraumes (ZPM) oder Hyperraumes (Hyperraummaterie) freigesetz werden.

[McWire]

Nutzung der Sonne als Energiequelle deckt sich mit dem was auch die deutsche Übersetzung des TNG Tech Manuals dazu sagt:

Damit ist die Antimaterie-Erzeugung mit 76% immer noch mehr als 10 mal effizienter als Kernfusion, die höchstens auf eine einstellige Prozentzahl kommen kann, selbst wenn man fiktive Materialien nutzen würde.