Physik vs Science Fiction

[mimesot]

Hallo allerseits!

Da ich keinen entsprechenden Artikel innerhalb 2008 finden konnte, stell ich Mal selber die Frage:

Welche Science Fiction Technologien (insbesondere Energiegewinnung, Antrieb, Kommunikation, Schilde) haben nach heutigem Stand der Wissenschaft eine Daseinsberechtigung und wie werden sie / könnte man sie realisieren?

Die Frage möchte ich gerne exklusiv an die physikalisch gebildeteren Members richten, da ich endlose Diskussionen über Fragen, die sich durch einen Blick in ein SRT-Skriptum vermeiden ließen, von vornherein unterbinden möchte. (Wie es in http://www.scifi-forum.de/science-fi...ml#post1958656 der Fall ist!). Ahja, und coole referenzen posten find ich auch klasse!

Ich bin gespannt was Ihr so erzählen könnt...

[Darth.Hunter]

Eigentlich beruht ein Großteil der Scifi-Technologien auf tatsächlicher Forschung oder zumindest auf wissenschaftlichen Theorien. Scifi greift eigentlich immer wieder Ideen auf, liefert aber keine Patentlösung für die technische Umsetzung. Häufig inspiriert Science Fiction jedoch auch die reelle technologische Entwicklung. Insofern gibt es da eine ganze Menge Ansätze, die sich zu erwähnen lohnt.

So hat z.B. Star Trek eines der heutzutage populärsten Kommunikationsgeräte inspiriert: Das Handy - oder aber auch Technologien wie Touchscreens.

Zum Thema Energiegewinnung gibt es zwei häufig gebrauchte Ansätze: Antimaterie-Reaktoren und Fusionsreaktoren. Letztere befinden sich schon seit vielen Jahren in der Forschung und die erste kommerzielle Anwendung befindet sich derzeit sogar schon im Bau. Sieht sogar recht spacy aus


Das Prinzip von Antimaterie-Reaktoren ist zwar logisch nachvollziehbar, das Problem bei der Umsetzung liegt jedoch darin, an Antimaterie zu kommen. Zwar sind wir heute in der Lage, Antimaterie zu erzeugen, dafür brauchen wir aber soviel Energie wie wir aus der Reaktion wieder gewinnen würden. Ergo nützt uns das nichts.
Scifi bietet da wieder verschiedene Szenarien an. In Andromeda z.B. fliegen speziell beschildete Schiffe in die Korona einer Sonne und nutzen die enorme Strahlung dort, um Antimaterie zu produzieren.

So und nun räum ich das Feld für andere Beobachtungen

[HMS Fearless]

Zwar sind wir heute in der Lage, Antimaterie zu erzeugen, dafür brauchen wir aber soviel Energie wie wir aus der Reaktion wieder gewinnen würden. Ergo nützt uns das nichts.

Antimaterie würde so schon nützen.
Das Problem ist ja nicht die Energie zu produzieren, sondern sie in geeigneter Form irgendwohin mit zu nehmen.
Energie würde in grossen Fusionsreaktoren auf der Erde, wo die Grösse der Dinger und die Masse des 'Brennstoffs' keine Rolle spielt, produziert.
Dann machen wir Anti-Materie und tanken damit Raumschiffe, die so vielleicht Gewicht sparen.

Mit Wasserstoffautos ist es das selbe. Auch dort müssen wir für die Erzeugung des Wasserstoffs mehr Energie aufwenden als wir mit der Brennstoffzelle zurück kriegen.

In dieser Beziehung sind wir durch die Fossilen Brennstoffe einfach noch viel zu verwöhnt.

Allerdings halte ich es für zweifelhaft das wir innert den nächsten paar hundert Jahren Antimaterie ausserhalb des Labors verwenden werden.

[jdg86]

Bei dem thema Scifi beeinflust die wissenschaft. Kann ich nur an eins denken:
der Star Trek Teleporter, Gene hat nich an wissenschaft gedacht sondern daran wie er geld für lande sequentsen der schiffe zu sparen.
Und jetzt tadaes gibt zwar gans kleine erfolge aber es sind schon erfolge.

[Pyromancer]

der Star Trek Teleporter, Gene hat nich an wissenschaft gedacht sondern daran wie er geld für lande sequentsen der schiffe zu sparen.
Und jetzt tadaes gibt zwar gans kleine erfolge aber es sind schon erfolge.

Gibt es nicht.

xkcd - A Webcomic - Quantum Teleportation

[Enas Yorl]

oder aber auch Technologien wie Touchscreens.

Nein, der Touchscreen wurde Ende der 60er Jahre entwickelt und erste Eingabeterminals mit Touchscreen-Technologie gab es bereits in den 70ern, also lange vor NG.
Eine der nächsten SF-Technologien die Realität wird, werden individuelle lernfähige Softwareagenten sein, die für uns die Informationsflut filtern und zielgerichtet durchsuchen werden.

[mimesot]

Zum Thema Energiegewinnung gibt es zwei häufig gebrauchte Ansätze: Antimaterie-Reaktoren und Fusionsreaktoren. Letztere befinden sich schon seit vielen Jahren in der Forschung und die erste kommerzielle Anwendung befindet sich derzeit sogar schon im Bau. Sieht sogar recht spacy aus

Heißt kommerziell, dass man mit diesem Teil tatsächlich den break-even-point geknackt hat? Fänd ich echt klasse! Ich hab letzens (naja, die Zeiten ziehen ins Land) eine Vorlesung über Fusionsreaktoren gehabt - kam ein Gastprofessor aus Garching - da sah die Sache noch eher düster aus. Dein Bild zeigt einen Tokamak, richtig? Ist das Konzept momentan erfolgreicher als das eines Stellarators?

[Darth.Hunter]

Japs, die Erwartungen an die Energieeffizienz der Anlage liegen bei 10:1. Im Moment schaut's so aus, dass die Tokamaks die Nase vorne haben, das Bild zeigt einen Tokamak - genauer gesagt JET - die derzeit größte europäische Testanlage. Die neue Anlage wird ebenfalls ein Tokamak werden, nur um einiges größer.
Bis wir da die ersten Ergebnisse sehen, werden wir uns aber noch 10 Jahre gedulden müssen, so lange schätzt man wird der Bau des Kraftwerks dauern.

[McWire]

Nur so der Vollständigkeit halber seien die anderen Threads zu diesem Themenkomplex im allgemeinen Forum erwähnt:
(Dient nur dazu doppelte Antworten zu vermeiden)

-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...s-fiction.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...-realit-t.html

-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...-rdigkeit.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...e-zukunft.html

-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...s-weltall.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...ichkeiten.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...den-orbit.html

-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...h-gesehen.html

-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...bereitung.html


Indirekte Threads:

-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...hyperraum.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...unm-glich.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...s-theorie.html
-> http://www.scifi-forum.de/science-fi...universen.html

Wissenschafts-Unterforum:
(Hier wäre die Frage wohl besser aufgehoben gewesen)

-> Technik & Wissenschaft - SciFi-Forum

-> http://www.scifi-forum.de/off-topic/...hnologien.html
-> Antriebe in der Übersicht

.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 16 Minuten und 26 Sekunden:

So nun zur eigentlichen Frage:

Was ist wahrscheinlich möglich?
(mit der heutigen Physik ohne Zusatzannahmen realisierbar)

-> Ionenstrahltriebwerk (in kleinem Maßstab schon in Sonden realisiert)
-> Magnetoplasmadynamischer Antrieb

-> Holotechnologie (in einfacher Form schon realisiert)
-> Touchscreen (schon realisiert)
-> Kernfusion (in Arbeit)
-> bioneurale Computertechnologie (in Arbeit)
-> Nanoroboter (in Arbeit)
-> chemische Synthesemaschinen zur Versorgung im Weltall (in Arbeit)
-> elektromagnetischer Schutzschild (in Arbeit)

-> Partikelstrahlwaffen (z.B. Phaser auf Protonenstrahlbasis)
-> Laserwaffen

-> Antimateriegewinnung (ist schon im Kleinstmaßstab gelungen)
-> kontrollierbare Antimaterieannihiliation (Antimateriereaktor) (sichere Eindämmung von Antimaterie nötig)
-> Antimateriewaffen (z.B. Photonentorpedos) (sichere Eindämmung von Antimaterie nötig)


-> Weltraumlift (es fehlt nur das entsprechende Baumaterial für die enormen Belastungen)


Was ist theoretisch denkbar?
(mit Hilfe von Zusatzannahmen auf Grundlage heutiger theoretischer Physik realisierbar)

-> Wurmloch (künstliche Manipulation der Raum-Zeit-Metrik)
-> Raumdistorsionsantrieb (z.B. Warpantrieb) (künstliche Manipulation der Raum-Zeit-Metrik)
-> Traktorstrahl (künstliche Manipulation der Raum-Zeit-Metrik)
-> Raumverzerrungsschutzschild (künstliche Manipulation der Raum-Zeit-Metrik)

-> Trägheitsdämpfung / Antigravitation / künstliche Gravitation (künstliche Manipulation der Gravitation)

-> Replikator / Beamen (Möglichkeit der Aufzeichnung, der Speicherung und Rekonstruktion von Wellenfunktionen einzelner Atome)

-> Hyperantrieb (Vorraussetzung wäre die nachgewiesene Existenz eines Hyper/Subraum)

Was ist nicht möglich und warum?

-> Echzeitsensoren / -kommunikation (selbst im FTL-Bereich bleiben Geschwindigkeiten endlich und somit Zeitverzögerungen erhalten)

-> ZPM (Verletzung der Energieerhaltung)


Liste darf gerne fortgesetzt werden

[mimesot]

Hi McWire!

Danke für die Links. Manches davon war trotz erhöhtem Alters noch ganz interessant!

Einige Dinge würd ich gerne diskutieren, da man sie, glaub ich, nicht ganz so ohne Kommentar stehen lassen kann.

@ elektromagnetischer Schutzschild: Ich denke, dass bisherige in Arbeit befindliche Modelle für einen Schutzschild lediglich geladene Partikel und Kleinstteilchen (per Stoßionisaton) einfangen können. Würde man die Plasmadichte soweit erhöhen, dass elektromagnetische Strahlung absorbiert und maktroskopische Körper thermisch zersetzt würden, wäre die Abstrahlungsleistung dieses Schilds durch Bremsstrahlung so groß, dass dieser einerseits unökonomisch würde, andererseits das Schifferl so schön Leuchten würd, dass man keine Radarabtastung braucht um es zu finden . Das muss man auf jeden Fall noch mit anderen Konzepten kombinieren.

@ Partikelstrahlwaffen: Wie beschleunigt man große Ladungsdichten? Ich weiß, dass das herkömmliche Ionen-Triebwerks-Konzept schon an der Erzeugung hoher Ladungsdichten scheitert und man als Obergrenze 0,1-1 kN/m² vorrausgesagt hat (Sorry, ich find meine Referenz nimmer). Will man höhere Dichten haben muss man ein Magnetfeld zu Hilfe nehmen, insbesondere wenn man gleich einen Neutralstrahl aussenden will. Aber gerade das Magnetfeld führt (auufgrund der Geometrie) zu einer Dispersion der Teilchen außerhalb des Schiffes. Gibt es da irgendwelche Kompensationsmöglichkeiten?

@ Antimaterie: Welches Konzept könnte man sich für ökonomisch entferntest tragbare Antimaterie-Erzeugung und -Lagerung erträumen?

@ Raumzeit- bzw. Gravitations-Manipulation: Mich würde interessieren, ob sich irgendjemand mal ein Modell ausgedacht hat, wie exotische Materie, dunkle Energie, usw. beschaffen sein und mit unserer Materie (einsetzbar) in Wechselwirkung treten könnte? Existieren irgendelche Thesen, die eine Verzerrung der Raumzeit / Veränderung der lokalen Gravitation mithilfe anderer Mittel, zB des Gravito-Magnetismus (Lense-Thirring, Frame-Dragging) begünstigen würden?

@ Replikator / Beamen: Ein Replikator könnte ja netter Weise ein atomarer Systhetisierer sein, der tote Dinge repliziert, bei denen der exakte quantenmechanische Zustand nicht allzu sehr von Bedeutung ist. Was ist nun mit lebenden Dingen? Messung bedeutet eine Projektion aller momentanen Zustände auf einen derer Basiszustände entsprechend derer Wahrscheinlichkeiten. Ein gewaltiger Informationsverlust. Da die Superposition in furchtbar vielen chemischen Reaktionen eine Rolle spielt (das fangt schon bei der Photosynthese an) würde dieser Verlust zu Veränderungen der Stoffwechselvorgänge, Muskelbewegungen und Gedanken führen. Man sendet also nur den "halben" Mensch. Kann es ein Versenden ohne Messen geben? Wenn ja, würde sich uns als nächstes das No cloning theorem von Wootters und Zurek in den Weg stellen, dann braucht man eine so schnelle Des/integration, dass man nicht bei der Hälfte verblutet und eine 100% sichere Datenübertragung bit anständiger Datendichte. Das Beamen kann man sich daher abschminken. Sicherheitsanmerkung: Verschränkung liefert keine Konzepte für die instantane Informationsübertragung! Bitte keine Presse-Enten!

@ Hyperantrieb: Ich hätte gerne mal irgendeinen, egal wie abstrusen, Vorschlag, wie man sich eine Dimension eines Hyperraums zugänglich machen könnte. Konzepte, was möglich wäre, wenn man ihn hat, gibt es ja wie Sand am Meer.

Noch etwas in eigener Sache. Ich hab letztlich einen angenehm wohldurchdachten Artikel von Hornblower hier im Vorum gelesen - Science vs Fiction - der das Problem der Kausalitätsverletzung durch Überlichtgeschwindigkeit erläutert. Ich erinnerte mich daraufhin an etwas:

Ich hatte irgendwo mal aufgeschnappt, dass (wieder mal keine Idee von Referenz) Penrose herausgefunden hat, dass Ereignisse von einem überlichtschnellen Teilnehmer zwar als invers kausal beobachtet werden könnten, aber eine Beeinflussung dieser Ereignisse nicht möglich ist, wodurch es kein Paradoxon gäbe. Hat irgendjemand eine Idee, wie derartiges in irgendeiner Form möglich sein könnte?

Wie ist das eigentlich mit Schall? Wenn wir alle nur mittels Schall in Wechselwirkung mit der Umwelt träten, und es käme dann plötzlich einer daher, der informationen mit Lichtgeschwindigkeit austauscht, würde ein solcher dann in der Schall-Welt Kausalitätsprobleme hervorrufen? Die Informationen den Schallkegel durchbrechen und in den Schall-raumartigen-Bereich unserer Raumzeit eindringen? Dieser Analogieschluss muss doch irgendwie falsch sein, aber warum?

[1 von 1]

Eine der nächsten SF-Technologien die Realität wird, werden individuelle lernfähige Softwareagenten sein, die für uns die Informationsflut filtern und zielgerichtet durchsuchen werden.

gibt es doch. Firmen versuchen mit so etwas doch schon ihre individuell verschickte Werbung konsumentengerechter zu gestalten. Ist halt nur im Moment noch etwas Primitiv.

[Mr. Birth of the Federation]

Ein Kumpel hat zu mir gesagt, dass alles möglich ist, wenn man es sich vorstellen kann. Kurz: Es gibt keine Grenzen. Doch da sind se wieder unsre 3 Probleme. Die Umsetzung, Umsetzung, Umsetzung!!

[Agent Scullie]

@ Raumzeit- bzw. Gravitations-Manipulation: Mich würde interessieren, ob sich irgendjemand mal ein Modell ausgedacht hat, wie exotische Materie, dunkle Energie, usw. beschaffen sein und mit unserer Materie (einsetzbar) in Wechselwirkung treten könnte? Existieren irgendelche Thesen, die eine Verzerrung der Raumzeit / Veränderung der lokalen Gravitation mithilfe anderer Mittel, zB des Gravito-Magnetismus (Lense-Thirring, Frame-Dragging) begünstigen würden?

eine Theorie, die eine Manipulation der Raumzeitmetrik mit anderen Mitteln gestattet, hätte ich anzubieten:

http://www.scifi-forum.de/science-fiction/scifi-allgemein/46155-sammel-thread-f-r-ftl-antriebe-verschiedenen-scifi-universen-6.html#post1927872

Ist aber noch sehr hypothetisch. Lense-Thirring und Frame-Dragging würde ich nicht als "andere Mittel" einstufen, die basieren ja voll und ganz auf der ART und erfordern einen massereichen Himmelskörper.

@ Replikator / Beamen: Ein Replikator könnte ja netter Weise ein atomarer Systhetisierer sein, der tote Dinge repliziert, bei denen der exakte quantenmechanische Zustand nicht allzu sehr von Bedeutung ist. Was ist nun mit lebenden Dingen? Messung bedeutet eine Projektion aller momentanen Zustände auf einen derer Basiszustände entsprechend derer Wahrscheinlichkeiten.

erfreulich, endlich mal jemand der die Quantenmechanik kennt
Meine Idee wäre eine Erweiterung der QM, in der es möglich ist, den quantenmechanischen Zustand selbst zu bestimmen, oder zumindest die vollständige Information über diesen ohne Messung zu übertragen.
Ansonsten gäbe es da noch die Lösung, Beamen mittels Wurmlöchern zu realisieren.

Noch etwas in eigener Sache. Ich hab letztlich einen angenehm wohldurchdachten Artikel von Hornblower hier im Vorum gelesen - Science vs Fiction - der das Problem der Kausalitätsverletzung durch Überlichtgeschwindigkeit erläutert.

das Problem der kausalen Schleifen aufgrund der Relativität der Gleichzeitigkeit kann man durch Einführung eines bevorzugten Bezugssystems lösen, das eine absolute Gleichzeitigkeit auszeichnet:

http://www.scifi-forum.de/science-fiction/scifi-allgemein/46155-sammel-thread-f-r-ftl-antriebe-verschiedenen-scifi-universen-6.html#post1927551

(gleicher Thread wie oben, aber anderes Posting).

Wie ist das eigentlich mit Schall? Wenn wir alle nur mittels Schall in Wechselwirkung mit der Umwelt träten, und es käme dann plötzlich einer daher, der informationen mit Lichtgeschwindigkeit austauscht, würde ein solcher dann in der Schall-Welt Kausalitätsprobleme hervorrufen? Die Informationen den Schallkegel durchbrechen und in den Schall-raumartigen-Bereich unserer Raumzeit eindringen?

es ist experimentell nachweisbar, dass die Schallgeschwindigkeit vom Bezugssystem abhängig ist. In dieser Schall-Welt hätte daher nie jemand eine Schall-Relativitätstheorie mit lorentz-invarianter Schallgeschwindigkeit aufgestellt, und deswegen würde auch niemand auf die Idee kommen, überschallschnelle Reisen würden zu kausalen Schleifen führen.

Dieser Analogieschluss muss doch irgendwie falsch sein, aber warum?

wegen dem Michelson-Morley-Experiment. Das zeigt, dass die von der klassischen Äthertheorie vorhergesagte Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung relativ zum Äther nicht beobachtbar ist. Das führte zur SRT, laut der es keinen Äther gibt, und eine Analogie zwischen Licht und Schall daher nicht gegeben ist.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 1 Minute und 53 Sekunden:

Was ist nicht möglich und warum?

-> Echzeitsensoren / -kommunikation (selbst im FTL-Bereich bleiben Geschwindigkeiten endlich und somit Zeitverzögerungen erhalten)

-> ZPM (Verletzung der Energieerhaltung)

was bedeutet ZPM?

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was bedeutet ZPM?

Zero-Point-Modul
Nullpunktsenergie ? Wikipedia
wird in der Serie Stargate Atlantis durch Antiker-Technobabble-Zaubertechnik dazu genutzt große Mengen Energie bereit zu stellen

[Agent Scullie]

Zero-Point-Modul
Nullpunktsenergie ? Wikipedia
wird in der Serie Stargate Atlantis durch Antiker-Technobabble-Zaubertechnik dazu genutzt große Mengen Energie bereit zu stellen

ach so, na da kann man die Energieerhaltung aber mit einem einfachen Trick retten: zieht man an einem Punkt Vakuumenergie ab, wird die durch die Vakuumenergie des restlichen Universums sogleich wieder aufgefüllt, etwa so wie wenn man einen Eimer Wasser aus einem Ozean schöpft, da wir die Stelle wo man geschöpft hat auch gleich wieder aufgefüllt