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Star Trek: Science vs. Fiction

Wer sich mit Astronomie, Astrophysik oder Kosmologie beschäftigt, kommt auch nicht an der Science Fiction vorbei. Hier ist der Ort für Diskussionen zu diesem Bereich.
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Frank
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Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von Frank » 11. Nov 2016, 11:13

Interessantes "Nachschlagewerk" für Menschen die schon immer einen wissenschaftlichen Vergleich mit Star Trek wollten.

https://www.youtube.com/watch?v=d2EM8wMC9V8
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von Frank » 22. Jan 2017, 07:36

Warp 10-Phänomen
Warp 10 ist keine Geschwindigkeit im eigentlichen Sinne, sondern ein Zustand. Warp 10 bedeutet, dass ein Flugobjekt alle Punkte, sich selbst eingeschlossen, in der Raumzeit im selben Augenblick einnimmt. Um dies technisch mit dem Warpantrieb zu erreichen, müsste man eine Raumdistorsion unendlicher Stärke erzeugen, oder anders gesagt: man müsste das Universum auf die Größe einer Warpblase komprimieren. Das ist aber praktisch nicht möglich.
Das was Tom Paris 2373 mit dem Shuttle Cochrane erreicht hat, ist ein ähnliches Phänomen, aber nicht das selbe. Die Auswirkung beider Phänomene sind auf den ersten Blick gleich, nur unterscheiden sie sich grundlegend in ihrer Physik. Die Crew der Voyager hat eine neue Dillithium-Form gefunden, welche auch bei extrem hohen Injektionsfrequenzen stabil bleibt. Außerdem hat diese Dilithium-Form den Wirkungsgrad des Antriebs soweit erhöht, dass man mit der zur Verfügung stehenden Energie Warp 9,99 erreichen konnte. Tom Paris beschleunigte also das Shuttle auf Warp 9,99, aber als der Antrieb immer höhere Frequenzen erreicht, wurde das Raumschiff nicht weiter beschleunigt, sondern stattdessen tunnelte das Shuttle Cochrane in eine Subraumschicht, die man als Warp 10 Schicht bezeichnen könnte. Innerhalb dieser Schicht kann man alle dreidimensionalen Raumpunkte des Universums in synchroner Zeit zum Universum einnehmen. (Man befindet sich zu jedem Augenblick überall, aber die Zeit innerhalb der Warp10-Schicht läuft mit der des Sprungpunktes synchron weiter.) Dabei kommt man auch nicht mit der bestehenden Materie in Konflikt, da das Shuttle quasi aufgelöst ist und sich in einer Art Diffusion befindet. Verlässt man durch Verlangsamung der Antriebsfrequenz diese Schicht wieder, kommt man im Normalfall am exakt gleichen Ort wieder zurück, an dem man eingetreten ist. Durch Remodulation des Warpfeldes kann man aber auch an anderen Stellen wieder auftauchen. Allerdings hat diese Art des Reisens einen großen Nachteil: Zwar läuft die Zeit innerhalb der Warp10-Schicht mit der des Sprungpunktes synchron, aber während des Übergangs befindet man sich kurzzeitig in allen Zeitpunkten des Universums im selben Augenblick und dies hat fatale Wirkungen. So können bei Lebewesen plötzlich Mutationen auftreten oder bestimmte Materialien können plötzlich ihre Eigenschaften ändern.
http://de.treknology.wikia.com/wiki/Transwarp

Ich kann es nicht verifizieren(mangels Bildung :mrgreen: ), aber ich finde es sauspannend. :beer:
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von bitstreamout » 24. Feb 2017, 14:29

Hmm ... so gerne ich Star Trek schaue, aber von der physikalischen Seite kanst Du Transwarp getrost zu den Akten legen. Die Geschichte mit dem Warp-Antrieb steht auf einem anderen Blatt, allerdings sind hier die Hürden wohl sehr hoch, d.h. wenn nicht ein entscheidender Durchbruch/Umbruch/Entdeckung in der Physik erfolgt, dann wird das für die nächsten Generationen nichts damit. Es gibt übrigens noch einen "Star Trek"-Fan, Miguel Alcubierre, ein theoretischer Physiker aus Mexiko, der als PostDoc am Albert Einstein Institut in Berlin (www.aei.mpg.de) 1994 einen Artikel veröffentlicht hat, in dem er, meines Wissens nach, als erster das physikalische Prinzip eines Warp-Antriebs beschrieben hat. Darauf gab es jede Menge anderer Artikel, die (versucht) haben das zu widerlegen, aber auch Artikel, die den immensen negativen Energiebedarf zumindest theoretisch stark reduzierten (Leute vom star-labs.science und Harold G. "Sonny" White von der NASA ). Daneben gib es noch das Problem der Strahlung in der sog. Warpblase durch die eindringende normale Strahlung durch deren Lorentz-Transformation, als auch die kausale Kontrolle, d.h. der Steuerung der Warpblase aus der Warpblase heraus. Auch das gab es jede Menge Artikel auf vixra.org und arXiv.org.

Aber solange das negative Energiebedarfsproblem makroskopisch nicht gelöst ist, können sich die theoretischen Physiker streiten wie sie wollen, alleine es fehlt am Experiment, um Hyphothesen und Ansätze zu falsifizieren oder zu verifizieren. Sonny Whites Versuch(e) scheint irgendwie im Sande verlaufen zu sein, bzw. ich hab' nichts mehr gehört. Jedenfalls ist der Casimir-Effekt (vorhergesagt von H. B. G. Casimir in 1948 und 1997 bestätigt durch Steve Lamoreaux) wesentlich zu gering, um auch nur nennenswert negative Energiedichten zu erzeugen. Es geht um nichts weniger, als die Vakuumpolarisation so zu beeinflussen, das lokal die Energiedichte geringer ist als die sog. Nullpunktsenergie des normalen Vakuums. Denkbar wären neben den (supraleitenden) Platten für den Casimir-Effekt, auch extrem starke Magnetfelder wie in der Nähe von Neutronensternen oder was auch immer ... hat einer eine Idee, das experimentelle Equipment und das Händchen dafür :wink:
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von belgariath » 24. Feb 2017, 17:53

bitstreamout hat geschrieben:
24. Feb 2017, 14:29
Hmm ... so gerne ich Star Trek schaue, aber von der physikalischen Seite kanst Du Transwarp getrost zu den Akten legen. [...]
Hmm, naja, dann halt Slipstream. :)

Im ernst: Ich verstehe das mit der negativen Energiedichte nicht. Alles was nicht Vakuum ist (Elementarteilchen, EM Felder, bewegte Körper) hat doch positive Energie. Was könnte dann negative Energie sein? Kann sie auch in Form von irgendwelchen Elementarteilchen kondensieren?
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von bitstreamout » 24. Feb 2017, 19:17

Ich könnte Dir Recht geben, wenn das Vakuum tatsächlich nichts wäre. Nur es ist alles andere, nur nicht nichts :P
Es gibt sog. Vakuumfluktuationen, d.h. es enstehen jede Menge virtueller Teilchen und deren Antiteilchen aus dem Nichts, um gleich wieder durch Anhilieren zu verschwinden. Das ist auch erlaubt, es gilt ja das Unschärfeprinzip, damit kann man sich kurzeitig Energie zur Paarezeugung borgen. Es wurde auch schon versucht, diese natürlichen Vakuumfluktuationen als Ursache für die Dunkle Energie, d.h. also als Ursache für die beschleunigende Ausdehnung des Universums anzuführe. Nur Einsteins Esellei, die Kosmologische Konstante, ist um 120 Größenordungen kleiner, um die derzeitige beschleunigende Ausdehnung des Universums zu erklären.

Und negative Energiedichte ... nun, wenn Du es schaffst, die Vakuumfluktuationen in einem Raumbereich zu unterdrücken, dann ist die Energiedichte in diesem Bereich kleiner, d.h. negativ im Bezug zur normalen Energidichte des Vakuums.
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von bitstreamout » 24. Feb 2017, 19:22

Zum ursprünglichen Film https://youtu.be/94ed4v_T6YM aus der "PBS Digital Studio"-Reihe
noch ein Film über Aclubierre Warp Drive https://youtu.be/yCCsmxGjEV0 , ist jedoch keine einfache Kost :wink:
Dazu noch ein paar Slides von Harry White unter https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi ... 015936.pdf
Zuletzt geändert von bitstreamout am 2. Mär 2017, 18:20, insgesamt 3-mal geändert.
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von tomS » 24. Feb 2017, 20:05

Die unendliche Summe über alle positiven Beiträge zur Vakuumenergiedichte kann durch Renormierung einen endlichen, negativen Wert erhalten.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Casimir ... larization
Gruß
Tom

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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von ralfkannenberg » 24. Feb 2017, 20:29

tomS hat geschrieben:
24. Feb 2017, 20:05
Die unendliche Summe über alle positiven Beiträge zur Vakuumenergiedichte kann durch Renormierung einen endlichen, negativen Wert erhalten.
Hallo Tom,

wie kann eine Summe/Reihe nicht-negativer Zahlen einen echt-negativen Wert erhalten ?


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von tomS » 24. Feb 2017, 21:19

siehe den Link für eine kurze Zusammenfassung

aber Achtung für dich als Mathematiker - es wird dich grausen
Gruß
Tom

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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von ralfkannenberg » 25. Feb 2017, 00:44

tomS hat geschrieben:
24. Feb 2017, 21:19
siehe den Link für eine kurze Zusammenfassung

aber Achtung für dich als Mathematiker - es wird dich grausen
Hallo Tom,

eine Summe oder Reihe von nicht-negativen Zahlen kann nicht echt negativ sein. Da muss also irgendwo ein Term der Art "+oo + (-oo)" hineinkommen.

"Notfalls" können wir ja mal prüfen, ob Deine Reihe absolut-konvergent ist ;)


Freundliche Grüsse, Ralf

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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von bitstreamout » 25. Feb 2017, 09:29

Genau so ist es mit `unendlich' und der Wahl eines geeigneten Referenzpunkts und geeigneter Randbedinungen. Ausserhalb der leitenden Platten entstehen virtuellen Teilchen mit beliebigen Impuls, ein kontinuierliches Impulsspektrum, während zwischen den Platten sich nur ein diskretes Impulsspektrum findet. Beide Spektren sind die Summe über unendlich vieler Impulse. Eventuell könnte man In der Mathematik die unterschiedliche Mächtigkeiten unendlicher Mengen und deren Potenzmengen als Beispiel anführen?
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von belgariath » 25. Feb 2017, 12:50

bitstreamout hat geschrieben:
24. Feb 2017, 19:17
Ich könnte Dir Recht geben, wenn das Vakuum tatsächlich nichts wäre. Nur es ist alles andere, nur nicht nichts :P
Es gibt sog. Vakuumfluktuationen, d.h. es enstehen jede Menge virtueller Teilchen und deren Antiteilchen aus dem Nichts, um gleich wieder durch Anhilieren zu verschwinden. Das ist auch erlaubt, es gilt ja das Unschärfeprinzip, damit kann man sich kurzeitig Energie zur Paarezeugung borgen. Es wurde auch schon versucht, diese natürlichen Vakuumfluktuationen als Ursache für die Dunkle Energie, d.h. also als Ursache für die beschleunigende Ausdehnung des Universums anzuführe. [...]
Ja gut, das Vakuum ist also gefüllt mit virtuellen (Anti-)Teilchen, welche eine gewisse Energie haben. Aber warum sollten diese Teilchen und Anti-Teilchen dann zu einer Abstoßung (Ausdehnung) führen? Materie / Antimaterie wirkt gravitativ doch immer anziehend.

bitstreamout hat geschrieben:
24. Feb 2017, 19:17
[...] Und negative Energiedichte ... nun, wenn Du es schaffst, die Vakuumfluktuationen in einem Raumbereich zu unterdrücken, dann ist die Energiedichte in diesem Bereich kleiner, d.h. negativ im Bezug zur normalen Energidichte des Vakuums.
Dann könnte man doch auch einfach den Energie-Nullpunkt dahin definieren, wo sämtliche Vakuumfluktuationen unterdrückt sind. Dann hätten alle möglichen Zustände eine nichtnegative Energiedichte.
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von bitstreamout » 25. Feb 2017, 13:54

belgariath hat geschrieben:
25. Feb 2017, 12:50
Ja gut, das Vakuum ist also gefüllt mit virtuellen (Anti-)Teilchen, welche eine gewisse Energie haben. Aber warum sollten diese Teilchen und Anti-Teilchen dann zu einer Abstoßung (Ausdehnung) führen? Materie / Antimaterie wirkt gravitativ doch immer anziehend.
Dafür ist die Gravitationskarft zwischen den virtuellen Teilchen viel zu schwach, um auch nur in die Nähe zu kommen. Allein die elektrostatische Kraft zwischen den virtuellen Teilchen sind größer als die Massenanziehenung. Es geht vielmehr um den (negativen) Druck durch die Paarbildung auf die Raumzeit, der die Expansion antreiben (könnte). Wobei die Expansion der Raumzeit für noch mehr Vakuum und damit noch mehr (negativen) Druck sorgt. Aber wie schon erwähnt, scheinen die Vakuumfluktuationen nicht für die Dunkle Energie und damit für die Kosmologische Konstante zu sorgen bzw sind um den Faktor zu groß. Damit fehlt bis heute eine schlüssige Erklärung für die Dunkle Energie.
Dann könnte man doch auch einfach den Energie-Nullpunkt dahin definieren, wo sämtliche Vakuumfluktuationen unterdrückt sind. Dann hätten alle möglichen Zustände eine nichtnegative Energiedichte.
Die Referenz ist das normale Vakuum und dessen Vakuumfluktuationen lassen sich nicht unterdrücken
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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von tomS » 25. Feb 2017, 15:48

ralfkannenberg hat geschrieben:
25. Feb 2017, 00:44
eine Summe oder Reihe von nicht-negativen Zahlen kann nicht echt negativ sein. Da muss also irgendwo ein Term der Art "+oo + (-oo)" hineinkommen.

"Notfalls" können wir ja mal prüfen, ob Deine Reihe absolut-konvergent ist ;)
Die Reihe ist divergent. Und ja, der von dir genannte Term muss im Zuge der Renormierung auftreten.
Gruß
Tom

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Re: Star Trek: Science vs. Fiction

Beitrag von ralfkannenberg » 25. Feb 2017, 15:53

tomS hat geschrieben:
25. Feb 2017, 15:48
ralfkannenberg hat geschrieben:
25. Feb 2017, 00:44
eine Summe oder Reihe von nicht-negativen Zahlen kann nicht echt negativ sein. Da muss also irgendwo ein Term der Art "+oo + (-oo)" hineinkommen.

"Notfalls" können wir ja mal prüfen, ob Deine Reihe absolut-konvergent ist ;)
Die Reihe ist divergent. Und ja, der von dir genannte Term muss im Zuge der Renormierung auftreten.
Hallo Tom,

ich bin mit dieser Thematik leider überhaupt nicht vertraut ...

Kommen da auch Nullmengen vor ? Die haben den Vorteil, dass deren Lebesque-Integral den Wert 0 hat. Aber ich rate an dieser Stelle nur - möglicherweise macht man das alles ganz anders.


Freundliche Grüsse, Ralf

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