Warpgeschwindigkeit

[Sternengucker]

bei einer Warpblase nach Alcubierre kontrahiert aber der Raum im vorderen Teil der Blasenwand, so dass sich dort kosmische Staubpartikel ansammeln, die man irgendwie wieder loswerden muss. Alternativ kann der Warpantrieb natürlich auch nach dem Natario-Prinzip arbeiten: Kontraktion des Raumes in Flugrichtung begleitet von Expansion senkrecht dazu, auf der Rückseite entsprechend umgekehrt. Dann werden Staubpartikel automatisch um das Schiff herumgeleitet.

So ist es ja auch.
Kann man zB auf den Diagrammen in der Folge "Der Reisende" oder jener, in der Beverley Crusher "in einem Taschenuniversum im Warpkern gefangen" ist, sehen. Die Warpblase schaufelt den Raum rundum am Schiff vorbei ... grob zu vergleichen mit dem Luftstrom um ein fliegendes Flugzeug, nur dass das hier das "Antriebsmedium" ist und keine Sekundärwirkung.
Wenn man so einen Jetstream annimmt, dann gibt es nirgendwo einen Platz an dem sich Staub ansammeln könnte, da der ebenfalls mit dem Raum rund um das Schiff herum gezerrt werden würde.

Wie man - auch nur theoretisch - überhaupt auf eine andere Idee kommen kann, ist mir sowieso schleierhaft, eine bloße Komprimierung/Dekomprimierung des Raumes entlang der Längsachse des Schiffes würde ja darauf hinauslaufen VOR dem Schiff Raum zu vernichten und hinter dem Schiff neu zu erschaffen... selbst wernn das rechnerisch machbar wäre, dürfte das zweifellos wesentlich aufwändiger sein, was Energieverbrauch und Antriebskonstruktion angeht, als das andere Modell das eine fliessende Raumstruktur annimmt... und es hätte nicht die Spur von einer "Blase" wie sie im Seriencanon zu hauf erwähnt worden ist

[Agent Scullie]

So ist es ja auch.
Kann man zB auf den Diagrammen in der Folge "Der Reisende" oder jener, in der Beverley Crusher "in einem Taschenuniversum im Warpkern gefangen" ist, sehen. Die Warpblase schaufelt den Raum rundum am Schiff vorbei

das kann man da überhaupt nicht sehen. Man kann da auf einem Bildschirm etwas sehen, dass man eventuell so interpretieren könnte, weil es in gewisser Hinsicht betrachtet danach aussieht. Es gibt aber keinen zwingenden Anhaltspunkt dafür, dass das die richtige Interpretation ist.

Vor allem hatte die Enterprise ja ihren Warpantrieb schon lange vor der Reisende an Bord kam, und das auf dem Bildschirm gezeigte sollte ja ein Modifikation sein, die der Reisende durchführte.

Wie man - auch nur theoretisch - überhaupt auf eine andere Idee kommen kann, ist mir sowieso schleierhaft, eine bloße Komprimierung/Dekomprimierung des Raumes entlang der Längsachse des Schiffes würde ja darauf hinauslaufen VOR dem Schiff Raum zu vernichten und hinter dem Schiff neu zu erschaffen... selbst wernn das rechnerisch machbar wäre, dürfte das zweifellos wesentlich aufwändiger sein, was Energieverbrauch und Antriebskonstruktion angeht,

solange man nicht die Physik kennt, die da benutzt wird, ist da überhaupt keine Aussage drüber möglich. Geht man nach der heutigen Physik, würde der Natario-Antrieb ähnlich viel Energie erfordern wie der Alcubierre-Antrieb.

und es hätte nicht die Spur von einer "Blase" wie sie im Seriencanon zu hauf erwähnt worden ist

im Seriencanon wurde keine Blase zu hauf erwähnt. Der Begriff "Warpblase" fiel ein einziges Mal, und zwar in eine Folge, in der Beverly Crusher in eine solche versetzt wurde. Diese Warpblase diente aber nicht zum Antrieb der Enterprise, sondern bildete eine Parallelrealität, die immer kleiner wurde.

[McWire]

im Seriencanon wurde keine Blase zu hauf erwähnt. Der Begriff "Warpblase" fiel ein einziges Mal, und zwar in eine Folge, in der Beverly Crusher in eine solche versetzt wurde. Diese Warpblase diente aber nicht zum Antrieb der Enterprise, sondern bildete eine Parallelrealität, die immer kleiner wurde.

Was eigentlich nur Wortglauberei ist. Im Endeffekt macht der Warpantrieb in Star Trek genau das gleiche was der Warpantrieb von Alcubierre in der Simulation auch macht, nur das man dort einige Bedingungen durch Verwendung fiktiver Physik und fiktiver Technik so verändert hat, dass einige Notwendigkeiten aus der Welt geschafft wurden.

So braucht man in Star Trek keine negative Energiedichte, weil diese vom Warpfeld selbst geschaffen wird. Also nicht die Raumzeit-Krümmung erschafft sich eine Warpblase, sondern das Warpfeld erschafft sich eine passende Raumzeit-Krümmung.

Der Trick dahinter ist, dass man dort einen fiktiven Subraum hat, der mit dem Warpfeld interagiert und gewisse Notwendigkeiten einfach bereitstellt.

Eine Warpblase wie beim Alcubierre-Antrieb gibt es natürlich trotzdem, dass ist nämlich der sphärisch geformte, wirksame Grenzbereich des Warpfeldes, in dem der Raum kontrahiert und expandiert wird.
Vielleicht nennt man es in Star Trek nicht Warpblase sondern Himbuktu-Blase, aber im Endeffekt ist es die Warpblase.

Ich nenne sie aber nicht Humbuktu-Blase oder bezeichne sie mit einem anderen Fantasiebegriff, sondern ich sage dazu Warpfeldblase, weil dieser Name exakt das symbolisiert, was es ist.. nämlich die sphärische Umrandung des wirksamen Warpfeldes.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
McWire schrieb nach 1 Minute und 12 Sekunden:

solange man nicht die Physik kennt, die da benutzt wird, ist da überhaupt keine Aussage drüber möglich. Geht man nach der heutigen Physik, würde der Natario-Antrieb ähnlich viel Energie erfordern wie der Alcubierre-Antrieb.

Wir wissen zumindest soviele Details der dort verwendeten fiktiven Physik, dass man einige grundsätzliche Aussagen machen kann.

[Hazard]

So braucht man in Star Trek keine negative Energiedichte, weil diese vom Warpfeld selbst geschaffen wird. Also nicht die Raumzeit-Krümmung erschafft sich eine Warpblase, sondern das Warpfeld erschafft sich eine passende Raumzeit-Krümmung.

Ist die negative Energiedichte für die kontraktion des Raums vor dem Schiff verantwortlich?

[Agent Scullie]

Ist die negative Energiedichte für die kontraktion des Raums vor dem Schiff verantwortlich?

Beim Alcubierre-Antrieb, wenn man versucht diesen auf der Grundlage der Feldgleichungen der ART zu realisieren, ist die negative Energiedichte für beides verantwortlich, sowohl für die Kontraktion des Raumes vor dem Schiff als auch für die Expansion des Raumes hinter dem Schiff. Interessanterweise muss die negative Energiedichte aber nicht vor oder hinter dem Schiff konzentriert sein, sondern seitlich um das Schiff herum. Das kommt heraus, wenn man die Metrik des Alcubierre-Antriebes in die ART-Feldgleichungen einsetzt.

[Hazard]

Spielt die negative Energiedichte auch eine Rolle bei der theoretischen Kontraktion des Universums und dem damit verbundenen Hitzetod am Ende?

[Agent Scullie]

Spielt die negative Energiedichte auch eine Rolle bei der theoretischen Kontraktion des Universums und dem damit verbundenen Hitzetod am Ende?

Nein, in den meisten gängigen kosmologischen Modellen, auch solchen, in denen das Universum irgendwann kontrahieren wird, geht man von einer stets positiven Energiedichte aus (eine Ausnahme bilden vielleicht so exotische Modelle wie der Anti-de-Sitter-Raum).

Man kann nicht allgemein sagen, dass in der ART eine Kontraktion des Raumes mit einer negativen Energiedichte verknüpft wäre. Es kommt vielmehr darauf an, was die jeweilige Raumzeit-Metrik, wenn man sie in die ART-Feldgleichungen einsetzt, für die Energiedichte ergibt. Das kann je nach Raumzeit-Metrik ganz unterschiedlich sein. Charakteristisch für kosmologische Lösungen der Feldgleichungen ist, dass sie räumlich homogen und isotrop sind (Stichwort: kosmologisches Prinzip), d.h. wenn der Raum gerade in einer Region des Universums expandiert, dann tut er es auch in allen anderen Regionen, und wenn er in einer Region kontrahiert, dann kontrahiert er zugleich in allen anderen.

Beim Alcubierre-Antrieb dagegen gibt es eine Region mit expandierendem Raum (hinter dem Schiff), eine Region mit kontrahierendem Raum (vor dem Schiff), und eine, in der der Raum unverändert bleibt (unmittelbar um das Schiff herum sowie weit entfernt vom Schiff). Zudem erfolgt die Expansion/Kontraktion nicht wie beim Universum gleichmäßig in alle Richtungen, sondern nur in Flugrichtung. Deswegen resultiert aus den Feldgleichungen eine ganz andere Energieverteilung (nicht homogen, sondern seitlich um das Schiff herum konzentriert), mit ganz anderen Eigenschaften, wie z.B. der, dass die Energiedichte negativ wird.

Die Feldgleichungen sind eben ziemlich nichttrivial, da kann man nicht einfach davon ausgehen, dass zwei unterschiedliche Raumzeit-Metriken, die sich in gewissen Eigenschaften ähneln, auf ähnliche Energieverteilungen führen würden.

[Hazard]

So wie ich dich verstehe ist die Forderung nach negativer Energiedichte die Folge des Konzepts und das wiederrum verstehe ich so, dass beides, also Kontraktion und Expansion, zur gleichen Zeit statt findet. Würde sich dies denn ändern, wenn man Kontraktion und Expansion in 2 seperaten Schritten unternehmen und nicht gleichzeitig stattfinden lassen würde?

[Agent Scullie]

So wie ich dich verstehe ist die Forderung nach negativer Energiedichte die Folge des Konzepts und das wiederrum verstehe ich so, dass beides, also Kontraktion und Expansion, zur gleichen Zeit statt findet. Würde sich dies denn ändern, wenn man Kontraktion und Expansion in 2 seperaten Schritten unternehmen und nicht gleichzeitig stattfinden lassen würde?

Wenn du mir die entsprechende Raumzeit-Metrik nennen würdest, könnte ich versuchen das für dich auszurechnen.

[Hazard]

Aus Warp-Antrieb ? Wikipedia



Das Bild zeigt eine Darstellung der Warp-Metrik nach Alcubierre.

Der eine Halbkreis geht nach unten, der andere nach oben.

Daraus schlußfolgere ich, dass die Kontraktion und die Expansion zur gleichen Zeit statt findet.

Vorschlag wäre die Metrik nach Alcubierre zu teilen und die einzelnen Halbkreise für sich zu betrachten. Geht das?

[Agent Scullie]

Aus Warp-Antrieb ? Wikipedia

Das Bild zeigt eine Darstellung der Warp-Metrik nach Alcubierre.

Der eine Halbkreis geht nach unten, der andere nach oben.

Daraus schlußfolgere ich, dass die Kontraktion und die Expansion zur gleichen Zeit statt findet.

Vorschlag wäre die Metrik nach Alcubierre zu teilen und die einzelnen Halbkreise für sich zu betrachten. Geht das?

Was das Bild da zeigt, ist nicht die Metrik, sondern der lokale Expansionsfaktor des Raumes. Den kann man aus der Metrik ableiten, aber man kann nicht umgekehrt die Metrik aus dem Expansionsfaktor ermitteln. Man kann daher nicht einfach den Expansionfaktor modifizieren, indem man die Kontraktion vorne (oder die Expansion) wegstreicht, und daraus dann die entsprechende Metrik ersehen.

Mal etwas konkreter: die Alcubierre-Metrik kann in der Form

ds^2 = - (c dt)^2 + (dx - vs f(rs) dt)^2 + dy^2 + dz^2

geschrieben werden, wobei die eigentlich interessante Größe die Funktion f(rs) ist, die eine Formfunktion für die Warpblase darstellt. Innerhalb der Warpblase gilt f(rs) = 1, außerhalb f(rs) = 0, dazwischen ist ein schmaler Bereich, in dem sich der Wert der Funktion zwischen 0 und 1 ändert. Dieser Bereich ist gerade der, in dem der Expansionsfaktor einen von 0 verschiedenen Wert annimmt, also, wie du es ausdrückst, der Halbkreis nach oben oder unten geht.

Solange man eine Metrik von dieser Form betrachtet, kommt unweigerlich immer sowohl ein Bereich mit positivem Expansionsfaktor (=expandierender Raum) als auch einer mit negativem Expansionsfaktor (=kontrahierender Raum) heraus. Will man nur einen einzigen dieser beiden Bereiche haben, so muss man einen ganz anderen Ansatz für die Metrik wählen. Herauszufinden, was für ein Ansatz das sein könnte, ist leider eine sehr nichttriviale Aufgabe.

[Hazard]

Nunja, in dem Fall finde ich, dass die Wikipedia irreführende Angaben macht, weil das Bild als "Warp-Metrik nach Alcubierre" betitelt war, als ich den Beitrag schrieb.

Kann man denn nicht provisorisch "so tun als ob", solange man die benötigte tatsächliche Metrik nicht hat? Motiv dahinter wäre erstmal herauszufinden, ob sich die negative Energiedichte umgehen läßt, um einen Grund für den Aufwand hinter der Suche nach der entsprechenden Metrik zu haben. Erstmal Quick & Dirty. Ein Demonstrator, sozusagen.

[Agent Scullie]

Nunja, in dem Fall finde ich, dass die Wikipedia irreführende Angaben macht, weil das Bild als "Warp-Metrik nach Alcubierre" betitelt war, als ich den Beitrag schrieb.

In Wikipedia werden viele irreführende Angaben gemacht. Im Jahr 2008 habe ich einmal den Versuch unternommen, den Artikel zu verbessern. Ein gewisser Allen McC., der offenbar Wikipedia für seine Privat-Enzyklopädie hielt, machte meine Verbesserungen aber sofort wieder rückgängig und sperrter sich gegen jegliche Diskussion.

Kann man denn nicht provisorisch "so tun als ob", solange man die benötigte tatsächliche Metrik nicht hat? Motiv dahinter wäre erstmal herauszufinden, ob sich die negative Energiedichte umgehen läßt, um einen Grund für den Aufwand hinter der Suche nach der entsprechenden Metrik zu haben. Erstmal Quick & Dirty. Ein Demonstrator, sozusagen.

Nein, das kann man nicht. Man muss eine Metrik haben, um sie in die Feldgleichungen einzusetzen, um daraus eine Energieverteilung berechnen zu können.

Eine Problem ist hier, dass die Feldgleichungen nichtlinear sind und nicht den Superpositionsprinzip gehorchen, d.h. man kann nicht zwei Lösungen einfach zu einer neuen Lösung kombinieren. Anders ist es z.B. bei den Maxwell-Gleichungen der Elektrodynamik, da gilt das Superpositionsprinzip, deswegen kann man z.B. das von einer beliebigen Ladungsverteilung erzeugte elektrische Feld dadurch berechnen, dass man die Ladungsverteilung in viele kleine Punktladungen zerlegt und die von den Punktladungen erzeugten Feldern aufsummiert. Würde man in der ART genauso vorgehen können, wäre es sehr viel einfacher, eine Abschätzung, wie du sie vorschlägst, zu machen, man kann in der ART aber eben so nicht vorgehen.

[Hazard]

@Allen McC

Finde ich schade.

@Rest

Was beschreibt die Metrik in der ART?

[Agent Scullie]

Was beschreibt die Metrik in der ART?

Vereinfacht ausgedrückt: die Krümmung der Raumzeit. Etwas präziser formuliert ist die Metrik eine Abstandsfunktion: betrachtet man zwei dicht benachbarte Punkte der Raumzeit, so gibt die Metrik den raumzeitlichen Abstand zwischen beiden Punkten an. Ist die Raumzeit nun flach und nicht gekrümmt, so lässt sich die Metrik durch Wahl eines geeigneten Koordinatensystems stets auf die Minkowski-Form

ds^2 = (-c dt)^2 + dx^2 + dy^2 + dz^2

bringen. Charakteristisch für eine gekrümmte Raumzeit ist demgegenüber, dass die Metrik nur noch lokal auf Minkowski-Form gebracht werden kann, nicht aber global für die gesamte Raumzeit. Die Krümmung wird durch den Riemannschen Krümmungstensor beschrieben, der aus der Metrik errechnet werden kann. In einer flachen Raumzeit kommt für den Krümmungstensor immer null heraus.

Nimm als Beispiel noch einmal die Alcubierre-Metrik:

ds^2 = (-c dt)^2 + (dx - vs f(rs) dt)^2 + dy^2 + dz^2

Außerhalb der Warpblase ist f(rs) = 0, da geht die Metrik dann sofort in die Minkowski-Form über, die Raumzeit ist dort also flach. Innerhalb der Warpblase ist f(rs) = 1, dort ist die Raumzeit ebenfalls flach, allerdings muss man, um auf die Minkowski-Form zu kommen, in andere Koordinaten, z.B. x' = x + vs t, transformieren. Lediglich in den Bereich dazwischen, wo sich f(rs) ändert, ist die Raumzeit gekrümmt, dort ist der Krümmungstensor ungleich null.