Interview: Die Physik von Star Trek
Planet Wissen (PW): Desillusionieren Sie mit Ihren Vorträgen nicht so manchen Fan der Serie?
Prof. Metin Tolan (MT): Wenn ich mit nüchterner Physik komme und ganz klar sage, was geht und was nicht, will das nicht immer jeder hören. Deshalb sind meine Vorträge so, dass ich die Physik von Star Trek erstmal als gegeben ansehe. Dann versuche ich zu erklären, wie man sie auf dem Boden der gegenwärtigen Physik verstehen kann.
PW: Was ist für Sie das Faszinierende an Star Trek?
MT: Star Trek ist die einzige Science-Fiction-Serie, in der Physik nicht nur vorkommt, sondern sie wird dort auch beschrieben. Und zwar die Grenzbereiche der Physik: Quantentheorie und Relativitätstheorie. Außerdem sind die vielen pseudowissenschaftlichen Erklärungen, die es in der Serie gibt, absolut interessant. Die sind zwar bloß ausgedacht, aber das ist wirklich sehr gut gemacht.
Metin Tolan bei Dennis Wilms im Studio
PW: Eine besonders praktische und schnelle Art des Transports von Personen oder Gegenständen ist bei Star Trek das Beamen. Könnte das auch in Wirklichkeit funktionieren?
MT: Das ist nicht so einfach. Man müsste den Menschen dazu in Strahlungsenergie verwandeln. Es gibt die Formel von Albert Einstein, E=mc2, bei der eine bestimmte Masse einer bestimmten Energiemenge entspricht. Setzt man in diese Formel das Gewicht eines Menschen ein, ergibt das eine gigantische Energiemenge. Damit könnte man die Bundesrepublik Deutschland einen Monat lang versorgen. Diese Energiemenge müsste natürlich kontrollierbar sein. Schwierig wäre es auch, einen Menschen in ultrakurzer Zeit auf mehrere Milliarden Grad aufzuheizen, um ihn schmerzfrei in Strahlungsenergie zu verwandeln. Dann müsste man die Position jedes einzelnen Atoms speichern, um den Menschen nachher wieder richtig zusammensetzen zu können. Das ist ein Speicher- und Rechenproblem. Nach der Heisenberg‘schen Unschärferelation ist das mit dem Feststellen der exakten Lage der Atome nicht möglich, weil es dabei immer kleine Fehler gibt. Aber auch da haben die Entwickler von Star Trek natürlich dran gedacht. In der Serie gibt es sogenannte Heisenberg-Kompensatoren. Aber Physiker haben rausgefunden, dass man die gar nicht braucht. Das heißt, die reale Physik ist fast noch interessanter als das, was die Star-Trek-Entwickler sich vorstellen konnten.
PW: Warum schwebt die Mannschaft nicht schwerelos im Raumschiff herum?
MT: Eines sollte man sich unbedingt vor Augen halten: Es handelt sich hier um eine Serie, mit der natürlich auch Geld verdient werden soll. Das sind alles keine Physiker, die da am Werk waren. Da wird dann auch schon mal die Schwerkraft vernachlässigt. Wenn Schwerkraft benötigt wird, wird ganz einfach eine künstliche Gravitation erzeugt. Dann geht das schon.
PW: Laserwaffen werden heute schon militärisch genutzt. Wären Phaser, wie es sie bei Star Trek gibt, irgendwann denkbar?
MT: Eher nicht. Denn es stellt sich wieder die Energie-Frage. Wenn man beispielsweise einen Felsbrocken mit einem Phaser dematerialisieren wollte, lässt sich leicht ausrechnen, wie viel Energie dafür nötig wäre. Einen 100 Kilogramm schweren Felsbrocken müsste man sehr heiß machen. Dafür bräuchte man etwa die Energie, die ein Atomkraftwerk eine ganze Stunde lang abgibt! Es wäre sicher ziemlich schwierig, das in einen so kleinen Phaser einzubauen. Hier müssen unsere Ingenieure eben in der Zukunft noch etwas tüfteln.
PW: Die Crew der Enterprise ist ja dank des Warp-Antriebs mit Überlichtgeschwindigkeit unterwegs. Eine Reise mit annähernd einfacher Lichtgeschwindigkeit würde aber schon extreme Folgen haben.
MT: Nach Einstein ist die Lichtgeschwindigkeit die größte Geschwindigkeit, die man überhaupt erreichen kann. Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die Zeit langsamer vergeht, wenn wir uns schnell bewegen. Dabei wird der Alterungsprozess verlangsamt. Das Zwillingsparadoxon erklärt: Wenn ein Zwilling mit Überlichtgeschwindigkeit ins Universum reist und nach mehreren Jahren zurückkehrt, ist der andere Zwilling, der auf der Erde geblieben ist, schneller gealtert. Für die Star-Trek-Besatzung würde das bedeuten, dass ihre Auftraggeber schon tot wären, wenn sie von ihren Missionen zurückkämen. Das geht natürlich nicht. Denn es gibt die zentral regierte Föderation, die die Enterprise immer wieder in fremde Galaxien schickt, um dort für das Gute zu kämpfen. Deswegen wurde der Warp-Antrieb erfunden.
PW: Wie funktioniert denn der Warp-Antrieb?
MT: Um von A nach B zu gelangen, kann ich natürlich einfach hinfliegen. Teile ich Weg durch Zeit, bekomme ich die Geschwindigkeit. Beim Warp-Antrieb wird am Punkt A eine gigantische Energiemenge gezündet. Dadurch krümmt sich der Raum. Das heißt Punkt B krümmt sich zu Punkt A hin. Jetzt ist es nur noch ein kleiner Schritt von A nach B. Der gekrümmte Raum wird dann einfach hinter dem Raumschiff durchgeschoben. Es bewegt sich dabei praktisch gar nicht. Faktisch habe ich aber eine so große Strecke zurückgelegt, dass die Rechnung - Weg durch Zeit - Überlichtgeschwindigkeit ergibt. Allerdings hat sich die Enterprise selber gar nicht schneller als das Licht bewegt. Mit dieser "Schein-Geschwindigkeit" ist es also möglich, das Zwillingsparadoxon zu vermeiden. Und rein theoretisch ist das tatsächlich möglich.
PW: Um mit Warp-Antrieb unterwegs zu sein, wäre aber eine unvorstellbar große Menge an Energie nötig. Wo würde man die hernehmen?
MT: Die ersten Warp-Antriebe hätten so viel Energie gebraucht, wie im ganzen Universum nicht vorhanden ist. Nach neuen verbesserten Rechnungen braucht man "nur" noch die Energie von 20 Sonnen. Bleibt natürlich trotzdem die Frage: Wo kriegen wir die Energie her und wie können wir sie kontrollieren?
PW: Vergleicht man die bemannte Raumfahrt unserer Tage und die des Star-Trek-Universums miteinander auf einer Zeitleiste: Wo befinden wir uns da?
MT: Ich würde sagen bei Christi Geburt, also rund 2000 Jahre zurück. Vielleicht ist das Ziel, zu fernen Welten zu kommen, gar nicht erreichbar. Denn wir wissen heute, wie groß das Universum ist und wir kennen physikalische Grenzen, die experimentell abgesichert sind. Deshalb ist es im Moment relativ schwer vorstellbar, ein Raumschiff zu bauen, das mit Fast-Lichtgeschwindigkeit durchs All unterwegs ist. Und einen Warp-Antrieb zu bauen, ist einfach utopisch.
Interview: Harald Brenner, Stand vom 14.09.2010
Sendung: Die Physik von Star Trek - Von Zeitreisen, Phasern und Wurmlöchern, 19.07.2011
