Tim Julian Ruster, Autor bei Tim Ruster

Fukushima: Radioaktives Wasser wird in Ozean geleitet

von 28. August 202328. August 2023 By Tim Julian Ruster

Das radioaktive Abwasser von Fukushima soll in den Ozean abgelassen werden. Diese Maßnahme Japans ruft große Kritik hervor. Aber ist es wirklich gefährlich, das Wasser am Ort dieser Nuklearkatastrophe einfach in den Ozean fließen zu lassen?

Die meisten von euch werden sich noch erinnern. Am 11. März 2011 erschütterte ein verheerendes Erdbeben der Stärke 9 die japanischen Inseln. Dieses Beben löste einen Tsunami aus, der massive Zerstörung anrichtete und das Kernkraftwerk Fukushima Daiichi traf. Das war der Beginn einer der schwersten nuklearen Katastrophen in der Geschichte.

Das Erdbeben und der Tsunami führten zu schweren Schäden an den Reaktoren des Kernkraftwerks Fukushima. Die Sicherheitssysteme des Kraftwerks versagten, und es kam zu Kernschmelzen und Wasserstoffexplosionen in mehreren Reaktoren. Dies wiederum führte zur Freisetzung von radioaktiven Substanzen in die Umwelt. Tausende Menschen wurden evakuiert, ganze Städte wurden zeitweise unbewohnbar, und es kam zu einer erheblichen Freisetzung von radioaktivem Material in die Atmosphäre und das Meer.

Luftaufnahme des Kraftwerks Fukushima Daichi (Tokyo Electric Power Co., TEPCO)

Die Folgen von Fukushima

Die Folgen waren massiv. Landwirtschaftliche Flächen wurden kontaminiert, Lebensmittel wurden verseucht, und die Strahlung gefährdete die Gesundheit derjenigen, die in der Nähe des Unglücksortes lebten. In den folgenden Jahren wurden umfangreiche Aufräumarbeiten durchgeführt, um die Strahlung einzudämmen und die Region zu rehabilitieren. Natürlich nimmt die Strahlung auch auf natürlichem Wege mit der Zeit ab und aktuell gibt es im Umkreis von Fukushima kaum noch nennenswerte Strahlung in einem wirklich bedrohlichen Ausmaß.

Aber trotzdem, auch jetzt, knapp zwölf Jahre nach dem Unglück ergeben sich weiterhin Probleme. Seit 2011 ist dort kontaminiertes Wasser angefallen, das täglich im Kraftwerk erzeugt wurde. Denn Wasser war notwendig, um die beschädigten Reaktoren zu kühlen, und Grundwasser, das kontaminiert wurde, während es das Gelände durchdrang, musste abgepumpt und gelagert werden. Über 1000 Tanks wurden vor Ort errichtet, um über eine Million Tonnen radioaktives Wasser zu lagern.

Die Aufbewahrung und Verwaltung des Wassers in großen Tanks vor Ort ist zu einer Herausforderung geworden, denn das Wasservolumen ist mittlerweile so sehr gewachsen, dass kritische Kapazitätsgrenzen erreicht sind. Da stellt sich die drängende Frage: Wohin mit dem Fukushima-Wasser? Um hierfür eine Lösung zu finden und das auch langfristig zu klären, damit man nicht in ein paar Jahren wieder vor demselben Problem steht, hat die japanische Regierung den pragmatischen Plan gefasst, das aufbereitete Wasser einfach in den Ozean zu leiten.

Wassertanks im Kraftwerk Fukushima (IAEA Imagebank)

Radioaktives Wasser gefiltert

Die Tokyo Electric Power Company, kurz TEPCO, die Betreiberfirma von Fukushima, hat das aufbereitete Wasser durch ein fortschrittliches Behandlungssystem namens ALPS gefiltert, um die meisten radioaktiven Elemente wie Kobalt 60, Strontium 90 und Cäsium 137 zu entfernen. Tritium, eine radioaktive Form von Wasserstoff, bleibt jedoch zurück, denn es ist schwer Wasserstoff von Wasser zu trennen. Wenn eines der Wasserstoffatome im Wasser durch Tritium ersetzt wird, entsteht radioaktives sogenanntes tritiiertes Wasser. Tritiiertes Wasser ist chemisch identisch mit normalem Wasser, was seine Trennung vom Abwasser teuer, energieintensiv und zeitaufwendig macht. Und 2020 hatte man schon mal gecheckt, ob aktuelle Tritium-Trenntechnologien in der Lage wären, die hier benötigten großen Wassermengen zu verarbeiten. Sind sie leider nicht.

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Wir werden das Tritium im Fukushima-Wasser also nicht los. Ist das schlimm? Nein, denn im Vergleich zu anderen radioaktiven Elementen ist Tritium relativ harmlos, und seine Existenz als tritiiertes Wasser verringert seine Umweltauswirkungen immens. Chemisch identisch mit normalem Wasser durchläuft tritiiertes Wasser normales Wasser einfach und reichert sich daher nicht stark im Körper lebender Wesen an. Tritiiertes Wasser akkumuliert sich kaum im Körper von Tieren und hat einen sogenannten Bioakkumulationsfaktor von etwa 1. Im Vergleich dazu besitzt zum Beispiel radioaktives Cäsium-137 einen Bioakkumulationsfaktor von ungefähr 100, da es sich in der Nahrungskette nach und nach anreichert.

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Also stellt euch mal vor, Ihr seid ein Kugelfisch vor der Küste Fukushimas und freut euch, dass euch bisher noch keine japanischen Meisterköche in die Finger bekommen haben. Aufgrund des Bioakkumulationsfaktor von 1 könnt Ihr nicht mehr Tritium in euren Kugelfischkörper aufnehmen als im umgebenden Wasser drin ist. Im umgebenden Wasser ist aber natürlich quasi gar kein zusätzliches Tritium drin, weil sich das Fukushima-Abwasser fast bis zur Unkenntlichkeit verdünnt angesichts der Massen an Ozeanwasser. Also alle Kugelfische können aufatmen.

Der Ozean ist radioaktiv

Radioaktivität ist ein gutes Stichwort, denn der Ozean ist von Natur aus schon radioaktiv. Schaut euch mal die Grafik unten an. Dort seht Ihr das Ausmaß radioaktiver Aktivität durch verschiedene Nuklearunfälle und die radioaktive Aktivität der Stoffe, die ohnehin im Ozean gebunden sind. Die Einheit „Peta-Becquerel“ ist eine Maßeinheit für die Aktivität von radioaktiven Substanzen. Ein Becquerel verwendet man für die Anzahl der radioaktiven Zerfälle pro Sekunde und ein Peta-Becquerel entspricht 10 hoch 15 Becquerel. Ihr seht, dass Fukushima auf der Grafik wirklich klein ist. Und die Grafik zeigt sogar alle Freisetzungen aus dem Fukushima-Unglück vom ersten Tag an, nicht nur das stark gefilterte und verdünnte Tritium, das übrig geblieben ist, und das übrigens insgesamt nur ein Peta-Becquerel besitzt. Das natürlich im Ozean gebundene Potassium 40 ist auf der anderen Seite verantwortlich für schlappe 15 Millionen Peta-Becquerel. Oder um es anders zu sagen: Die radioaktive Aktivität des nun in den Ozean freigesetzten tritiierten Wassers aus Fukushima entspricht einem fünfzehnmillionstel der natürlichen Radioaktivität im Ozean allein durch Potassium 40. Wer es also für unverantwortlich hält, dass dieses Wasser nun freigesetzt wird, müsste konsequenterweise nach jedem Badetag am Strand Angst haben, dass er nun nuklear verseucht wurde.

Atomenergiebehörde: Keine Bedenken

Weil die Datenlage so eindeutig ist, hat die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) auf Anfrage der japanischen Regierung eine Sicherheitsbewertung des Plans durchgeführt und ihn für bedenkenlos durchführbar erklärt. Die maximal geschätzte radioaktive Dosis aus dem freigesetzten Wasser von Fukushima wird in dieser Bewertung auf 3,9 Mikrosievert pro Jahr geschätzt. Das ist ein Bruchteil der durchschnittlich 2400 Mikrosievert natürliche Strahlung, die Menschen jedes Jahr einfach so erhalten. Das Fukushima-Wasser kann also problemlos ins Meer freigesetzt werden und alle Argumente dagegen scheinen nicht besonders wissenschaftlich fundiert zu sein, sondern eher, ja, emotionaler Natur.

Ihr wollt mehr über dieses Thema erfahren? Dann schaut mal in das Video von Astro-Tim rein:

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Explosiv: Oppenheimer und der Trinity-Test

von 29. Juli 202330. Juli 2023 By Tim Julian Ruster

Der Trinity-Test war die erste Kernwaffenexplosion in der Menschheitsgeschichte. Wie hoch schätzten die Wissenschaftler damals das Risiko ein, eine Kettenreaktion in der Atmosphäre auszulösen und den gesamten Planeten zu vernichten, wie im neuen Film Oppenheimer besprochen wird?

Derzeit ist der Film Oppenheimer in die Kinos gekommen und der Film, der die Lebensgeschichte des begnadeten Physikers Robert Oppenheimer, dem Vater der Atombombe, erzählt, kann sich vor jubelnden Kritiken kaum retten. Ich habe ihn vor drei Tagen im Kino gesehen und muss sagen, dass ich nicht begeistert war. Mir kamen in dem Film die wissenschaftlichen Aspekte viel zu kurz, außer ein paar Physikerklärungen auf Grundschulniveau erfahren wir nicht, was denn nun eigentlich der wissenschaftliche Durchbruch hinter der Atombombe war. Wir sehen einige der begnadetsten Physiker aller Zeiten wie Niels Bohr, Edward Teller, Albert Einstein und Richard Feynman, aber wir erfahren mit keinem Wort, was sie denn nun genau zur Spaltung des Atoms beigetragen haben. Vielleicht bin ich aber auch einfach nur mit den falschen Erwartungen in den Film gegangen und war etwas naiv, in so einem Blockbuster quantenphysikalische Tiefe zu erwarten.

Über einen Aspekt des Films habe ich aber dann doch im Nachhinein länger nachgedacht. Zwischen den Physikern wird im Film oft die Sorge erwähnt, dass ein Nuklearwaffentest theoretisch eine aufhaltsame Kettenreaktion in der Erdatmosphäre auslösen könnte, die das Ende des Planeten und unserer Spezies bedeutet hätte. Heute wissen wir, dass es nicht so ist. Zahlreiche Kernwaffenexplosionen, so unerfreulich sie auch waren, haben nicht die Atmosphäre in einen apokalyptischen Brand gesetzt. Aber warum eigentlich nicht? Und wie sicher konnten sich Oppenheimer und Co sein, dass sie nicht den kompletten Planeten zerstören würden?

Bau der Atombombe: der Einstein-Sziard-Brief

Wir schreiben das Jahr 1939. Der zweite Weltkrieg tobt und viele berühmte Wissenschaftler wie Albert Einstein, Leó Szilárd und Edward Teller waren in die USA emigriert oder geflohen. Viele dieser Physiker hielten es für möglich, dass Deutschland an einer Kernwaffe arbeitete, an einer Atombombe, wie wir das heute nennen, und schrieben deswegen eine Art Warnbrief an US-Präsident Franklin D. Roosevelt.

In diesem sogenannten Einstein-Szilárd-Brief warnten sie vor einer deutschen Atombombe und forderten, dass die USA ihr eigenes Programm zur Entwicklung einer nuklearen Waffe starten sollten. Das führte zum Start des Manhattan-Projekt, das ab 1942 unter der Leitung von Robert Oppenheimer das klare Ziel hatte, die erst wenige Jahre vorher entdeckte Kernspaltung militärisch nutzbar zu machen, eine Atombombe zu entwickeln und damit einen immensen militärischen Vorteil im Zweiten Weltkrieg zu haben.

Das Manhattan-Projekt

Oppenheimer brachte hier einige der genialsten Köpfe seiner Zeit, vermutlich sogar einige der größten Genies der Menschheitsgeschichte zusammen in einer eigens dafür errichteten Forschungsstadt bei Los Alamos in New Mexico. Insgesamt mit Logistik und allem Drum und Dran arbeiteten über 100.000 Menschen am Manhattan-Projekt und inflationsbereinigt wurden über 25 Milliarden Dollar ausgegeben. Eine unfassbare Summe, aber wenn ich so darüber nachdenke… Elon Musk hat für Twitter 44 Milliarden ausgegeben, er hätte damit also fast zwei Forschungsprojekte dieses Ausmaß sponsern können.

Die Trinity-Bombe kurz nach Fertigstellung (Los Alamos National Laboratory)

Das Manhattan-Projekt hat schließlich sein Ziel erreicht und mündete im Trinity-Test. Am 16. Juli 1945 erfolgte in einigen Kilometern Entfernung zur Forschungsstadt, im sogenannten White Sands Proving Ground, die erste Kernwaffenexplosion der Menschheitsgeschichte. Das fand ich übrigens im Oppenheimer-Film sehr gelungen, da hier größte Sorgfalt auf die Original-Soundkulisse einer solchen Explosion gelegt wurde und man hiervon in Kinos mit guten Soundsystem wirklich komplett in den Sessel gedrückt wird.

Unten sehen wir eine Aufnahme der Explosion 0,025 Sekunden nach der Zündung. Stellt euch das mal vor: Die beteiligten Physiker des Manhattan-Projekts stehen da, warten auf die Detonation und konnten sich nicht sicher sein, was passieren würde – denn es war ja schließlich die erste Kernwaffendetonation jemals.

Und es gab zu dieser Zeit ernsthafte Stimmen in der Wissenschaft, die es für möglich hielten, dass bei so einer Kernwaffe eine unaufhaltsame Kettenreaktion ausgelöst würde, die letztlich die Atmosphäre des Planeten erfassen und ALLES vernichten würde.

Aber warum hielten das überhaupt einige für möglich? Die Idee war folgende: Die gewaltige Feuerkugel, die von der Bombe erzeugt wird, heizt Stickstoffatome in der Atmosphäre so stark auf, dass ihre Atomkerne, die sogenannten Nuklei, miteinander verschmelzen. Die freigesetzte Energie führt dazu, dass sich mehr Kerne verschmelzen, was eine unkontrollierte Kettenreaktion auslöst und die Atmosphäre in Brand setzt. Und so endet die Welt.

Trinity-Explosion 0,025 Sekunden nach Zündung (Berlyn Brixner _ Los Alamos National Laboratory)

Auch der berühmte deutsche Physiker Werner Heisenberg teilte anfangs diese Sorge. Aus den Memoiren von Albert Speer wissen wir: „Heisenberg hatte keine abschließende Antwort auf meine Frage gegeben, ob eine erfolgreiche Kernspaltung mit absoluter Sicherheit unter Kontrolle gehalten werden könne oder als Kettenreaktion weitergehen könne. Hitler war offensichtlich nicht erfreut darüber.”

Was passiert bei einer Kernwaffenexplosion?

Schauen wir uns das mal genau an. Eine Kernwaffenexplosion basiert auf der Kernspaltung, also der Aufspaltung von Atomkernen, oder der Kernfusion, dem Verschmelzen von Atomkernen. Es gibt zwei Haupttypen von Atomwaffen: Atombomben und Wasserstoffbomben. Atombomben wie beim Trinity-Test nutzen die Kernspaltung von schweren Atomkernen, wie zum Beispiel Uran-235 oder Plutonium-239.

Eine unterkritische Masse des spaltbaren Materials wird durch ganz gewöhnliche Explosivstoffe wie beispielsweise TNT in eine überkritische Masse komprimiert. Die kritische Masse ist die Menge an spaltbarem Material, die benötigt wird, um eine selbsterhaltende Kettenreaktion zu erzeugen. Wenn die kritische Masse erreicht wird, dann spalten sich die Atomkerne, und eine gewaltige Menge an Energie wird freigesetzt, in Form von Hitze, Licht, Druckwelle und radioaktiver Strahlung.

Beispielhafte Darstellung einer nuklearen Kettenreaktion (Fastfission _ Wikimedia Commons)

Eine Wasserstoffbombe hingegen ist keine Kernspaltungswaffe, sondern eine Kernfusionswaffe, hier werden die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zum Verschmelzen gebracht. Woher bekommt die dafür nötige immense Energie? Logisch, durch Kernspaltung. Anders gesagt, eine Kernfusionswaffe benötigt eine Kernspaltungswaffe, um hochzugehen.

Für uns heute ist aber die Atombombe, die Kernspaltungswaffe, relevant, wie sie beim Trinity-Test und dann später in Hiroshima und Nagasaki eingesetzt wurde. Wenn in einer solchen Bombe eine selbsterhaltende Kettenreaktion ausgelöst wird, dann ist der Gedanke ja nicht so fernliegend, dass diese Kettenreaktion auch weitere Atome erfassen könnte, bis die Spaltung von Atomkernen in einem exponentiell ansteigenden Tempo geschieht.

Globale Kettenreaktion

Eine solche unkontrollierte Kettenreaktion hätte, so die Befürchtung damals, katastrophale Folgen, weit über die Umgebung des Detonationsort hinaus. Die Wasserstoffatome in der Atmosphäre könnten Teil der Kettenreaktion werden und so eine globale Kettenreaktion, einen atomaren Feuersturm auslösen. Physiker und Nobelpreisträger Arthur Compton, der damals auch innerhalb des Manhattan-Projekts arbeitete, sagte zu der Zeit: „Wasserstoffkerne sind instabil und können sich unter großer Energiefreisetzung zu Heliumkernen verbinden, wie sie es auf der Sonne tun. Könnte nicht die enorm hohe Temperatur der Atombombe genau das sein, was nötig ist, um Wasserstoff zur Explosion zu bringen?” Er fügte dann noch einen Gedanken hinzu, der bei mir bei der alleinigen Vorstellung wirklich das Blut in den Adern gefrieren lässt: „Und was ist dann mit Wasserstoff im Meerwasser? Könnte die Explosion der Atombombe nicht eine Explosion des Ozeans selbst auslösen?”

Und diese Horrorgedanken lassen sich nicht nur mit Wasserstoff anstellen, sondern beispielsweise auch mit dem Stickstoff, der als Gas 78 Prozent der Atmosphäre ausmacht. In Los Alamos hatte man minutiös ausgerechnet, wie hoch die Gefahr für den planetaren Feuersturm ist. In einem 1946 erschienenen Bericht von drei Manhattan-Projekt-Physikern heißt es: „Es zeigt sich, dass unabhängig von der Temperatur, auf die ein Teil der Atmosphäre erhitzt wird, wahrscheinlich keine sich selbst ausbreitende Kette nuklearer Reaktionen in Gang gesetzt wird. Es ist unmöglich, eine solche Temperatur zu erreichen, wenn nicht Spaltbomben oder thermonukleare Bomben eingesetzt werden, die die derzeit in Betracht gezogenen Bomben bei weitem übertreffen.”

Die größte Bombe der Welt

Und wie wir heute wissen, waren wir selbst mit der stärksten Bombe der Menschheitsgeschichte weit davon entfernt, die Atmosphäre in Brand zu setzen. Die größte Bombe, die jemals gezündet wurde, war die gigantische Zar-Bombe der Sowjetunion aus dem Jahr 1961. Die war stark genug, um Fenster in mehr als 800 Kilometer Entfernung zu zertrümmern. Sie war anderthalbtausend-mal stärker als die Bomben von Hiroshima und Nagasaki zusammen. Und der atmosphärische Feuersturm blieb aus.

Warum? Weshalb setzte sich die atomare Kettenreaktion bei diesen Detonationen nicht unbegrenzt fort? Eine Antwort haben wir eben schon gehört und diese spiegelt sehr gut die schöne Schlichtheit der Physik wider: Man kann die Atmosphäre theoretisch in Brand setzen, aber man braucht dafür einfach viel mehr Energie.

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Bei der Trinity-Explosion hingegen war der Energieverlust viel zu hoch für ein solches Szenario. Es wurde zwar eine enorme Menge Energie freigesetzt, aber diese Energie wird in Form von Hitze, Licht, Druckwelle und radioaktiver Strahlung abgegeben. Selbst unter extremen Bedingungen würde bei der Detonation der Bombe weit mehr Energie verloren gehen als gewonnen werden würde, wodurch eine nachhaltige Kettenreaktion verhindert wird.

Die Ineffizienz der Kernspaltung

Hinzu kommt, dass die Menge des spaltbaren Materials zu gering war. Für eine kontrollierte Kettenreaktion ist eine bestimmte Menge an spaltbarem Material erforderlich, die als kritische Masse bezeichnet wird, wie wir schon gelernt haben. Selbst die größten Atombomben enthalten nicht genug spaltbares Material, um die kritische Masse zu erreichen, die für eine unkontrollierte Kettenreaktion erforderlich wäre.

Ein weiterer Aspekt, der die Weltuntergangskettenreaktion unmöglich macht, ist die Ineffizienz der Kernspaltung. Nur ein kleiner Prozentsatz der Atome im spaltbaren Material wird bei einer Atombombenexplosion tatsächlich gespalten. Um eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, müssten praktisch alle spaltbaren Kerne gespalten werden, was in der Praxis nicht möglich ist. Selbst wenn man es schaffen würde, eine gigantomanische Megabombe mit der perfekten atomaren Kettenreaktion zu bauen, wären außerdem die Bedingungen in der Atmosphäre nicht optimal, da wir überall unterschiedliche Dichte, Druckbedingungen und Temperaturen haben. Für eine Kettenreaktion wäre die Atmosphäre wesentlich besser geeignet, wenn sie überall gleichmäßigere Bedingungen aufweisen würde. Ich weiß, ganz schön harter Tobak, deswegen hier noch mal zusammengefasst die Gründe, weswegen Oppenheimer die Erde nicht gänzlich pulverisiert hat und auch keine andere Nuklearexplosion:

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Erstens: Der Energieverlust ist zu groß, zweitens: die Menge des spaltbaren Materials ist zu gering, drittens: die Kettenreaktion ist zu ineffizient, viertens: die Bedingungen in der Atmosphäre sind nicht optimal für eine Kettenreaktion Das dürfte den meisten Beteiligten des Manhattan-Projekts auch bekannt gewesen sein. Es ist aber natürlich trotzdem absolut richtig, dass die Möglichkeit diskutiert und durchgerechnet wurde. Ich meine, niemand möchte gerne derjenige sein, der versehentlich den Planeten vernichtet. Wie sicher waren die Los-Alamos-Physiker sich? Daniel Holz, Physik-Professor an der Universität Chicago formuliert es so: „Man spricht in der Physik nicht oft in Gewissheiten. Physiker sprechen in Wahrscheinlichkeiten. Wenn sie das Experiment nicht durchgeführt haben, zögern sie zu sagen: Das ist unmöglich, das wird nie passieren. Es war gut, darüber nachzudenken.“

Ihr wollt die Originalaufnahmen der Trinity-Explosion sehen? Die gibt’s in diesem Video:

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Whistleblower: USA verstecken UFOs!

von 10. Juni 202310. Juni 2023 By Tim Julian Ruster

Ein Whistleblower behauptet, die USA hätten UFOs und sogar tote Alien-Pilote gefunden! Kann da wirklich was dran sein? Meine Einschätzung gibt es hier im Video:

Wenn es euch gefällt, schickt das Video gerne an eure Freunde, damit sie sich keine Sorgen mehr wegen einer Alien-Invasion machen müssen!

Interview mit ChatGPT: Die größten Gefahren aus dem Weltraum

von 23. Februar 202323. Februar 2023 By Tim Julian Ruster 1 Kommentar

Was sind die größten Gefahren in unserem Universum? Tim hat sich darüber mit der KI ChatGPT unterhalten. Was findet ChatGPT wohl gefährlicher: Sonnenstürme oder Außerirdische?

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Tim: Hi! Ich würde gerne ein Interview mit dir über die größten Gefahren aus dem Weltraum führen! Hast du Lust?

ChatGPT: Hallo! Ja, ich würde gerne Ihre Fragen zu den größten Gefahren aus dem Weltraum beantworten. Fragen Sie einfach los!

Super! Dann frage ich direkt mal: Was ist aus deiner Sicht die größte Gefahr für die Erde aus dem Weltraum?

ChatGPT: Es gibt verschiedene potenzielle Gefahren aus dem Weltraum, aber aus meiner Sicht ist die größte Gefahr für die Erde der Einschlag eines großen Asteroiden oder Kometen. Solche Objekte haben in der Vergangenheit bereits mehrmals auf der Erde eingeschlagen und dabei katastrophale Auswirkungen verursacht, wie zum Beispiel das Aussterben der Dinosaurier vor etwa 66 Millionen Jahren.

Ein weiterer möglicher Risikofaktor aus dem Weltraum ist der Ausbruch von Sonnenstürmen, die bei einem hohen Grad an Aktivität enorme Mengen an energiereicher Strahlung und Teilchen freisetzen können, die die Elektronik auf der Erde stören oder beschädigen können. Solche Ereignisse könnten auch Satelliten und Infrastrukturen im Weltraum beeinträchtigen.

Zusätzlich gibt es noch andere potenzielle Gefahren, wie zum Beispiel die Möglichkeit einer Supernova-Explosion in der Nähe unseres Sonnensystems, aber diese sind sehr selten und unwahrscheinlich.

Die NASA will die Gefahr durch potentielle Einschläge von Asteroiden oder Kometen im Rahmen des DART-Programms (Double Asteroid Redirection Test) minimieren und es ist ja sogar schon gelungen, eine Sonde auf dem Asteroidenmond Dimorphos einschlagen zu lassen. Ist dadurch die Gefahr durch einen Asteroideneinschlag gesunken, weil die NASA dies in Zukunft wird verhindern können?

ChatGPT: Das DART-Programm der NASA ist ein vielversprechender Ansatz, um die Gefahr eines potenziellen Asteroideneinschlags zu minimieren. Der Test, bei dem eine Sonde auf den Asteroidenmond Dimorphos einschlagen wird, soll zeigen, ob es möglich ist, einen Asteroiden durch eine Kollision von seinem Kurs abzulenken und somit eine drohende Kollision mit der Erde zu verhindern.

Allerdings ist es wichtig zu betonen, dass das DART-Programm und ähnliche Technologien noch in der Entwicklungsphase sind und es noch viele technische und logistische Herausforderungen zu bewältigen gibt. Es bleibt auch unklar, wie effektiv diese Technologie bei der Abwehr von großen Asteroiden oder Kometen sein wird.
Daher ist es weiterhin wichtig, das Risiko von Asteroideneinschlägen im Auge zu behalten und kontinuierlich zu überwachen, um im Ernstfall schnell und effektiv reagieren zu können. Eine Kollision mit einem großen Asteroiden oder Kometen wäre eine Katastrophe für die Menschheit, daher ist es wichtig, weiterhin in die Erforschung von Technologien zur Abwehr von Asteroiden und Kometen zu investieren.

Du hast als Gefahrenquelle auch Sonnenstürme genannt. Worin besteht hierbei die genaue Gefahr für die Erde und die Menschheit?

ChatGPT: Sonnenstürme sind plötzliche und starke Ausbrüche von energiereicher Strahlung und Teilchen, die von der Sonne ausgestoßen werden. Diese Strahlung kann die Elektronik auf der Erde beeinträchtigen und in manchen Fällen sogar komplett zerstören, was zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden führen kann. Ein starker Sonnensturm kann auch die menschliche Gesundheit gefährden. Astronauten, die sich im Weltraum aufhalten, sind einer erhöhten Strahlung ausgesetzt, die das Risiko von Krebs und anderen gesundheitlichen Problemen erhöhen kann. Auch auf der Erde kann ein starker Sonnensturm die Gesundheit gefährden, indem er die magnetischen Felder der Erde stört und dadurch Stromausfälle und Störungen in der Kommunikationstechnologie verursacht.

Ein weiteres mögliches Szenario ist ein Sonnensturm, der die Infrastruktur des Stromnetzes zerstört und so einen landesweiten Stromausfall verursacht. Dies könnte zu einer sehr ernsten Situation führen, da es Wochen oder sogar Monate dauern könnte, um das Netz wiederherzustellen und in der Zwischenzeit könnte es zu einem Mangel an Nahrungsmitteln, Wasser und Medizin kommen. Daher ist es wichtig, die Aktivität der Sonne und die Möglichkeit von Sonnenstürmen kontinuierlich zu überwachen und sich auf die möglichen Auswirkungen vorzubereiten, um im Falle eines Ausbruchs schnell und effektiv reagieren zu können.

Bei einem solchen Ausfall des Stromnetzes würden dann wohl auch deine Server ausfallen, oder?

ChatGPT: und Server betreffen, die für meinen Betrieb und den Betrieb anderer Online-Dienste benötigt werden. Wenn es zu einem landesweiten Stromausfall käme, könnte dies zu erheblichen Störungen in der digitalen Infrastruktur führen und den Zugang zu wichtigen Informationen und Diensten einschränken. Allerdings gibt es auch Maßnahmen, um sich auf solche Szenarien vorzubereiten und die Auswirkungen auf die digitale Infrastruktur zu minimieren. Zum Beispiel könnten wichtige Server und Rechenzentren mit Backup-Generatoren ausgestattet werden, um den Betrieb auch bei einem Stromausfall aufrechtzuerhalten. Es ist auch möglich, Daten und Anwendungen in redundante Systeme zu spiegeln, um sicherzustellen, dass sie im Falle eines Ausfalls an einem Standort verfügbar bleiben.

Dennoch wäre ein landesweiter Stromausfall eine sehr ernste Situation, die weitreichende Auswirkungen hätte und die gesamte Gesellschaft betreffen würde. Es ist daher wichtig, weiterhin in die Erforschung von Technologien zu investieren, um die Zuverlässigkeit der digitalen Infrastruktur zu erhöhen und die Abhängigkeit von Stromversorgung zu reduzieren.

Hoffen wir mal, dass es nicht so weit kommt… eine Frage zu den Supernova-Explosionen, die du erwähnt hast. Solche Supernovae geschehen ja immer in Distanz von vielen Lichtjahren zur Erde. Inwiefern kann uns dies trotzdem gefährlich werden?

ChatGPT: Das ist richtig, Supernova-Explosionen ereignen sich normalerweise in großen Entfernungen von der Erde. Selbst wenn eine Supernova in unserer Galaxie stattfindet, kann sie immer noch Tausende von Lichtjahren entfernt sein. Obwohl eine Supernova in großer Entfernung von der Erde stattfinden kann, kann sie immer noch gefährliche Auswirkungen auf unsere Planeten haben. Eine der größten Gefahren ist die Strahlung, die von einer Supernova ausgeht. Eine solche Strahlung kann eine große Menge an energiereicher Teilchen erzeugen, die sich mit großer Geschwindigkeit durch den Weltraum bewegen und die Erde erreichen können. Diese Strahlung kann die Atmosphäre der Erde ionisieren und dadurch die Radio- und Kommunikationsverbindungen stören oder sogar unterbrechen.
Eine Supernova-Explosion in relativer Nähe zur Erde könnte auch Auswirkungen auf das Klima der Erde haben, indem sie das Magnetfeld und den Schutzschild der Erde schwächt und dadurch den Einfluss der kosmischen Strahlung auf die Erdatmosphäre erhöht.

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Eine Supernova-Explosion könnte auch eine enorme Menge an interstellarem Staub und Gas freisetzen, die sich durch den Weltraum ausbreiten und schließlich in unser Sonnensystem eindringen könnte. Wenn dieser Staub und Gas auf die Erdatmosphäre trifft, könnte dies Auswirkungen auf das Klima und die Umwelt haben. Obwohl die Wahrscheinlichkeit einer solchen Bedrohung gering ist, ist es wichtig, die Supernova-Aktivität in unserer Galaxie zu überwachen und uns auf mögliche Auswirkungen vorzubereiten, um die Risiken für die Erde und die Menschheit zu minimieren.

Einige Leute denken, dass auch außerirdische Lebensformen eine Gefahr für die Menschheit darstellen könnten. Ist es realistisch, dass Aliens die Erde erreichen?

ChatGPT: Es gibt keine wissenschaftlichen Beweise dafür, dass Außerirdische die Erde besucht haben oder uns in naher Zukunft besuchen werden. Es gibt jedoch einige Theorien, die besagen, dass das Universum möglicherweise voller Leben ist, und dass es außerirdische Zivilisationen geben könnte, die in der Lage sind, interstellare Reisen zu unternehmen. Selbst wenn es tatsächlich intelligente außerirdische Zivilisationen gibt, ist es jedoch unwahrscheinlich, dass sie eine Bedrohung für die Menschheit darstellen würden. Die Entfernungen zwischen den Sternen sind so groß, dass interstellare Reisen mit heutiger Technologie unmöglich sind. Selbst wenn es Zivilisationen gibt, die fortschrittlichere Technologien besitzen, müssten sie immer noch mit den Herausforderungen der interstellaren Navigation, der Überwindung von Gravitationskräften und anderen physikalischen Hindernissen kämpfen.
Darüber hinaus gibt es keine Beweise dafür, dass Außerirdische feindselig gegenüber anderen Zivilisationen sind. Wir können nicht ausschließen, dass es aggressive außerirdische Zivilisationen gibt, aber es gibt auch keine Hinweise darauf. Es ist auch möglich, dass Außerirdische friedlich und kooperativ sind und dass sie uns helfen könnten, unsere eigenen Herausforderungen zu bewältigen.

Insgesamt ist die Möglichkeit, dass Außerirdische eine Gefahr für die Menschheit darstellen, äußerst gering. Wenn es tatsächlich intelligente außerirdische Zivilisationen gibt, ist es wahrscheinlicher, dass sie uns unbekannt sind und dass wir in der Lage sein werden, in friedlicher Koexistenz mit ihnen zu leben, wenn und falls wir sie treffen.

Immer wieder liest man auch von Schwarzen Löchern in der Nähe der Erde. Unter anderem halten einige Forscher marodierende Schwarzer Löcher oder “Rogue Black Holes” für möglich. Könnte sowas potentiell eine Gefahr für die Erde darstellen oder ist das eher unwahrscheinlich?

ChatGPT: Die Möglichkeit, dass ein Schwarzes Loch in der Nähe der Erde existiert oder sich in der Zukunft der Erde nähert, ist äußerst gering. Schwarze Löcher sind das Ergebnis des Kollapses von extrem massereichen Sternen und befinden sich normalerweise in großer Entfernung von der Erde. Die nächstgelegenen bekannten Schwarzen Löcher sind mehrere tausend Lichtjahre entfernt.

Es ist theoretisch möglich, dass ein Schwarzes Loch durch eine Gravitationsstörung oder einen anderen kosmischen Mechanismus in die Nähe der Erde gezogen wird. Ein solches Szenario ist jedoch äußerst unwahrscheinlich und es gibt keine Beweise dafür, dass es jemals passiert ist oder passieren wird.

Marodierende Schwarze Löcher, die frei im Weltraum umherwandern, sind ebenfalls äußerst unwahrscheinlich. Schwarze Löcher entstehen in der Regel im Zentrum von Galaxien und sind an die Schwerkraft der Galaxie gebunden. Es gibt jedoch Theorien, dass in seltenen Fällen Schwarze Löcher aus Galaxien herauskatapultiert werden können, wenn zwei Galaxien kollidieren oder verschmelzen. Selbst in diesem Fall wäre es äußerst unwahrscheinlich, dass ein marodierendes Schwarzes Loch die Erde in absehbarer Zeit erreicht.

Insgesamt ist es unwahrscheinlich, dass Schwarze Löcher in der Nähe der Erde eine Gefahr darstellen. Die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs würde die Erde nur beeinflussen, wenn es sehr nahe käme, was äußerst unwahrscheinlich ist.

Alles klar! Kannst du die besprochenen Gefahren aus dem Weltraum in einer Liste aufzählen? Beginne mit der größten Gefahr und beende die Liste mit der kleinsten kosmischen Gefahr.

ChatGPT: Gerne! Hier sind die besprochenen Gefahren aus dem Weltraum in absteigender Reihenfolge ihrer potenziellen Bedrohung für die Erde und die Menschheit:
Ein großer Asteroideneinschlag oder Kometeneinschlag
Eine starke Sonneneruption oder Sonnensturm
Eine Gammastrahlenexplosion in unserer Galaxie
Eine Supernova in unserer Galaxie
Eine Invasion durch außerirdische Lebensformen (eher hypothetisch)
Ein Schwarzes Loch in der Nähe der Erde (sehr unwahrscheinlich)
Es ist wichtig zu beachten, dass alle diese Bedrohungen relativ selten sind und dass wir Menschen in der Lage sind, uns vor einigen dieser Risiken zu schützen.

Und noch eine letzte Frage: Kennst du ein motivierendes Zitat eines Wissenschaftlers oder Entdeckers bezüglich der Erforschung des Weltraums?

ChatGPT: Ja, ein sehr bekanntes motivierendes Zitat über die Erforschung des Weltraums stammt von Neil Armstrong, dem ersten Menschen, der den Mond betreten hat: “Ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein riesiger Sprung für die Menschheit.” Dieses Zitat betont die Bedeutung der Erforschung des Weltraums für die Menschheit und zeigt, dass selbst kleine Schritte in der Raumfahrt große Auswirkungen auf unsere Gesellschaft haben können.

Vielen Dank für das Interview!

ChatGPT: Sehr gerne, es hat mir viel Spaß gemacht, Ihre Fragen zu beantworten! Wenn Sie weitere Fragen haben, stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung.

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Heliosphäre – seltsam faltig

von 23. Oktober 202223. Oktober 2022 By Tim Julian Ruster

Gigantische und mysteriöse Faltenstrukturen wurden von der NASA am Rande unseres Sonnensystems in der Heliosphäre entdeckt – was da genau los ist und was es ist mit diesen Strukturen auf sich hat.

Dieser Beitrag handelt von: kosmischen Falten. Ja, richtig gelesen. Um zu schauen, was es damit auf sich hat, müssen wir erst mal in die äußeren Bereiche des Sonnensystems reisen, weit hinter den Zwergplaneten Pluto. Der ist sehr weit von uns entfernt, 7,5 Milliarden Kilometer.

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Die Region des Sonnensystems, um die es in diesem Beitrag geht, ist aber noch viel weiter weg. Es geht um die sogenannte Heliosphäre. Die beginnt in einer unbegreiflichen Distanz von knapp 15 Milliarden Kilometern, ist also noch mal doppelt so weit entfernt von uns wie der Pluto.

Was ist die Heliosphäre?

Diese mysteriöse Grenze wurde erst von zwei menschengemachten Objekten durchquert: von den Voyager-Sonden. Nachdem sie im Jahr 1977 losgeflogen sind, hat Voyager 1 die Heliosphäre im Jahre 2012 komplett durchquert, Voyager 2 folgte dann 2018. Aber was ist die Heliosphäre überhaupt? Die Heliosphäre gilt für viele als eine Art Begrenzung unseres Sonnensystems und ist im Prinzip ein geschützter Bereich, den unsere Sonne in den gefährlichen und harschen Weiten der Galaxis für uns schafft.

Die Sonne schießt jede Menge energiereiche Partikel ins All, den sogenannten Sonnenwind. In den anderen Bereichen der Milchstraße wiederum, also in unserer Galaxis, befindet sich zwischen den einzelnen Sternsystem überall das sogenannte interstellare Medium, galaktischer Staub, Gase und auch sehr gefährliche Strahlung. Sonnenwind und interstellares Medium versuchen sich gegenseitig zu verdrängen. Es gelingt dem Sonnenwind eine Art sicheren Bereich um uns herum zu schaffen, in dem das interstellare Medium verdrängt wird und wir vor gefährlicher kosmischer Strahlung einigermaßen sicher sind.

IBEX will Geheimnisse um Heliopause lüften

Den Punkt, an dem die Heliosphäre endet und das interstellare Medium beginnt, nennt man Heliopause. Diese haben wir nicht nur mit Hilfe der Voyager-Sonden genauer untersuchen können, sondern auch mit dem NASA-Forschungssatelliten IBEX, kurz für Interstellar Boundary Explorer. IBEX befindet sich seit 2008 im Erdorbit und ist dafür gebaut, die Geheimnisse der Heliosphäre zu lüften.

Der IBEX-Satellit macht sich eine ganz besondere Technik zunutze. In der Heliosphäre werden durch das Wechselspiel des Sonnenwinds mit dem interstellaren Medium besondere elektrische Ladungen der Atome erzeugt. Diese Heliosphärenatome werden dann zum Teil in die Weiten der Galaxis fortgeschleudert, zum Teil aber auch wieder zurück Richtung inneres Sonnensystem. Dort können sie dann von IBEX aufgefangen und analysiert werden. IBEX registriert also fortgeschleuderte Atome der Heliosphäre und kann daher trotz der immensen Distanz Informationen über die Heliosphäre gewinnen – im Prinzip eine Art kosmische Echolotung.

Druck des Sonnenwinds stieg an

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Astrophysikers Eric Zirnstein von der Princeton University hat festgestellt, dass IBEX im Jahre 2014 einen immensen Anstieg des Drucks des Sonnenwinds registrierte. Innerhalb weniger Monate stieg der Druck des Sonnenwinds um knapp 50 Prozent.

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Die Daten dieses Druckanstiegs konnten die Forscher nutzen, um eine detaillierte Form der Heliosphäre und der Heliopause zu errechnen. Und das Ergebnis ist wirklich erstaunlich und zeigt: Die Heliopause besitzt eine Struktur, von der wir bislang absolut keinen Schimmer hatten. In der Heliopause fanden sie riesige Wellen, riesige kosmische Falten in der Größenordnung von Dutzenden Astronomischen Einheiten. Eine astronomische Einheit ist eine gewaltige Längeneinheit, sie beschreibt nämlich die durchschnittliche Entfernung der Erde zur Sonne, also rund 149 Milliarden Kilometer. Wir reden hier also von Falten in der Heliopause, die eine Größe von mehreren Milliarden Kilometern aufweisen.

Falten in der Heliopause

Aber wie entstehen diese großen Faltenstrukturen? Auch das konnten die Forscher anhand der IBEX-Daten herausfinden. An der Heliopause läuft eine reflektierte Welle von energetisierten Teilchen zurück und kollidiert mit dem noch immer neu eintreffenden Strom geladenen Sonnenplasmas aus Richtung Zentrum des Sonnensystems, wodurch ein Sturm energiereicher neutraler Atome entsteht, der die Heliopause regelrecht eindellt. Die Heliosphäre ist also keineswegs ein statisches, festes Gebilde, sondern wabert, vibriert, faltet sich zusammen und dehnt sich dann wieder aus – und die genaue Art der Bewegung richtet sich eben nach dem Ausmaße des neu eintreffenden Sonnenwinds und des zurück reflektierten Sonnenwinds, der vom interstellaren Medium der Milchstraße zurückgeschleudert wurde.

Darstellung der Falten in der Heliosphäre

Das hat übrigens auch sehr interessante Konsequenzen für die Voyager-Sonden. Wir haben ja festgestellt, dass diese schon vor Jahren die Heliopause überquert haben. Man könnte meinen, dass sie nun die Heliosphäre für immer hinter sich gelassen haben. Tatsächlich ist die Heliosphäre aber ein wenig wie ein kosmischer Stalker und wabert den Voyagers hinterher. Wenn sich die Faltenstrukturen nämlich wieder glätten – im Form von Sonnenplasma als stellares Botox – dann vergrößert sich die Ausdehnung.

Heliopause jagt Voyager hinterher

Voyager 1 durchquerte die Heliopause im Jahr 2012 in einer Entfernung von 122 Astronomischen Einheiten zur Sonne. Im Jahr 2016 betrug der Abstand der Sonne zur Heliopause in Richtung Voyager 1 etwa 131 Astronomische Einheiten; zu diesem Zeitpunkt war Voyager 1 etwa 136 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt, also immer noch im interstellaren Raum und auch immer noch jenseits der Heliopause – aber mit einer sich aufblähenden Heliosphäre im Rücken.

Es wird zwar nicht dazu kommen, dass die Heliosphäre Voyager 1 wieder einholt und ihr dadurch den Titel interstellare Raumsonde nimmt – dafür ist Voyager zu schnell – aber der Abstand wächst nicht so schnell wie man meinen könnte, da die Heliosphäre sich eben teilweise aufbläht und versucht Voyager 1 hinterherzueilen. Falls Ihr jetzt noch mehr über diese kosmischen Falten, die uns umgeben, lernen wollt, habt Ihr Glück: IBEX steht zwar kurz vor dem Ende seiner Mission, wird dann aber 2025 durch eine neue Sonde der NASA ersetzt, und zwar durch die Interstellar Mapping and Acceleration Probe, kurz IMAP.

IMAP wird eine größere Reichweite, Genauigkeit und Auflösung haben und so nicht nur den gesamten Himmel häufiger kartieren können, sondern statt in einer Erdumlaufbahn wird sie sich am Lagrange Punkt Eins befinden, der anderthalb Millionen Kilometer von der Erde und ihrer störenden Magnetosphäre entfernt ist, genau wie übrigens das James Webb Space Telescope. An diesem Punkt kann man die von der Heliosphäre fortgeschleuderten Partikel dann noch viel viel besser analysieren.

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NASA entwickelt Lichtgeschwindigkeitsantrieb

von 14. August 202214. August 2022 By Tim Julian Ruster

Darstellung von Helical Engine im Weltraum

Steht die NASA kurz davor einen Lichtgeschwindigkeitsantrieb zu bauen? Könnten wir bald schon unser Sonnensystem verlassen und zu weit entfernten Sternen reisen?

Wer nachts hoch zu den Sternen blickt, kennt das Gefühl: die Faszination über die Schönheit und Größe des Kosmos und gleichzeitig die Enttäuschung darüber, dass man diese fremden Systeme und Planeten vermutlich niemals zu Gesicht bekommen wird. Die Distanzen im Weltraum sind gigantisch groß und mit herkömmlichem Antrieb nicht zu überbrücken. Alleine unser Nachbarstern, also der nächste Stern an unserem Sonnensystem, Proxima Centauri, ist 4,2 Lichtjahre von uns entfernt. Unsere derzeitigen Antriebe reichen noch nicht mal annähernd dafür aus, den nächsten Exoplaneten, Proxima Centauri B, zu besuchen. Müssen wir die Hoffnung aufgeben, dass wir unseren nächsten Urlaub statt auf Malle vielleicht doch auf Proxima B verbringen können?

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Lichtgeschwindigkeit: Ingenieur hat Bauplan erstellt

Es gibt Hoffnung, denn ein NASA-Ingenieur sagt, er habe einen Bauplan für einen Lichtgeschwindigkeitsantrieb entwickelt. David Burns hat ein Triebwerkskonzept entwickelt, das theoretisch auf 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnte – ganz ohne Treibstoff. Aber was heißt überhaupt Lichtgeschwindigkeit? Wie im normalen Leben auf der Erde gibt es auch im Universum gewisse Regeln. Die nennt man Naturgesetze und eines davon lautet: Schneller als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum geht nicht. Die Relativitätstheorie besagt, dass sich die Geschwindigkeit von Licht, das sich durch ein Vakuum bewegt, nie verändert. Mit gerundet 300.000 Kilometern pro Sekunde erreicht Licht die höchstmögliche Geschwindigkeit im Universum. Das gilt übrigens nicht nur für Licht, sondern für alle anderen elektromagnetischen Wellen.

Ein Raumschiff fliegt durch die Raumzeit

Diese Geschwindigkeit ist bekannt als maximale Geschwindigkeit c. Woraus ergibt sich diese maximale Geschwindigkeit? Ein Raumschiff, das durch den Kosmos fliegt, bewegt sich durch Raum und Zeit. Je schneller es sich durch den Raum bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit. Ihr erinnert euch an das Konzept der Raumzeit. Jetzt stellen wir uns ein Photon vor, ein Lichtteilchen. Das bewegt sich natürlich wesentlich schneller als ein Raumschiff, nämlich mit der maximalen Geschwindigkeit c. Diese Geschwindigkeit hat einen derart massiven Einfluss auf die Raumzeit, dass die Zeitkomponente komplett entfällt. Die Zeit wird so sehr verlangsamt, dass sie stillsteht – für das Licht existiert so gesehen keine Zeit. Und das stellt die maximale Ausreizung der Beziehung zwischen Raum und Zeit dar. Mehr als das Wegfallen der Zeitkomponente geht nicht und deswegen ist an diesem Geschwindigkeitspunkt die maximale Geschwindigkeit erreicht.

Wie kann man Lichtgeschwindigkeit erreichen?

Wie kann es denn nun gelungen sein, mit einem Antrieb annähernd Lichtgeschwindigkeit zu erreichen? David Burns nennt sein Konzept Helical Enginge, also auf Deutsch Helix-Antrieb, und es macht sich masseverändernde Effekte zunutze, die bei annähernder Lichtgeschwindigkeit auftreten. Stellt euch mal folgende Konstruktion vor: Ein Kasten befindet sich auf einer reibungsfreien Oberfläche. Im Inneren dieses Kastens befindet sich eine Stange, auf der ein Ring gleiten kann. Wenn eine Feder im Inneren des Kastens dem Ring einen Schubs gibt, gleitet der Ring entlang der Stange in die eine Richtung, während der Kasten in die andere zurückschnellt. Wenn der Ring das Ende des Kastens erreicht, springt er zurück, und die Rückstoßrichtung des Kastens ändert sich ebenfalls. Das ist das euch bestimmt bekannte Prinzip der Aktion und Reaktion – auch bekannt als Newtons drittes Bewegungsgesetz.

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Genau dieses Aktion-Reaktion-Gesetz machen sich auch klassische Raketen zunutze, die Treibstoff in die eine Richtung abfeuern, um in die andere Richtung empor zu fliegen. So weit, so unspektakulär. In unserem Kasten würde das nun einfach dazu führen, dass der Kasten gleichmäßig hin und her wackeln würde, der Ring bekommt ja von jeder Feder immer denselben Rückstoß. Mit so einem Kasten kommen wir sicherlich nicht nach Proxima Centauri. Aber was wäre, wenn die Masse des Rings viel größer wäre? Dann würde der Kasten an einem Ende einen größeren Stoß erhalten als am anderen. Die Aktion würde die Reaktion übertreffen und die Kiste würde nach vorne beschleunigt – Richtung unendliche Weiten!

Helical Drive: Möglich mit einem Teilchenbeschleuniger

Aber: Wenn die Aktion die Reaktion ohne externe Einwirkung übersteigt, hätten wir dann nicht Newtons drittes Gesetz und damit einen der Grundsätze der Physik verletzt? Nein, denn der Helical Drive macht sich Effekte zunutze, die nahe der Lichtgeschwindigkeit auftreten. Einsteins spezielle Relativitätstheorie besagt, dass Objekte an Masse gewinnen, wenn sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, ein Effekt, der übrigens auch in Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider im Forschungszentrum CERN berücksichtigt werden muss. Die Ausnutzung dieses Effekts ist das Kernstück des Helical Drives.

Ähnlich wie der Large Hadron Collider funktioniert auch Helical Engine

Aber natürlich funktioniert das Ganze im Weltraum nicht wirklich mit einem Kasten, einer Stange und einem Ring. Dann könntet Ihr das Ding ja Zuhause bauen. Was cool wäre, aber man müsste in der Realität wohl den Ring durch einen kreisförmigen Teilchenbeschleuniger ersetzen, in dem Ionen, also elektrisch geladene Atome, schnell auf immense Geschwindigkeit beschleunigt und ebenso schnell wieder abgebremst werden können. Und was machen wir mit dem Kasten und dem Stab? Brauchen wir gar nicht, stattdessen bauen wir den Teilchenbeschleuniger spiralförmig. Er fungiert dann sowohl als Kasten, Stange, Ring und Feder. Mit einem solchen spiralförmigen Teilchenbeschleuniger, der Ionen auf annähernde Lichtgeschwindigkeit bringt, könnten wir durch den massebeinflussenden Effekt der Lichtgeschwindigkeit also den Helical Drive Realität werden lassen.

Das Problem mit der Energie

David Burns beschreibt das so: “Das Triebwerk beschleunigt die in einer Schleife eingeschlossenen Ionen auf mäßige relativistische Geschwindigkeiten und variiert dann ihre Geschwindigkeit, um ihre Masse leicht zu verändern. Das Triebwerk bewegt die Ionen dann entlang der Bewegungsrichtung hin und her, um Schub zu erzeugen.” Das klingt jetzt erst mal alles sehr durchdacht und raffiniert. Aber: Ein paar praktische Probleme gibt es doch. Einige Forscher haben nachgerechnet und kamen zu dem Schluss, dass das spiralförmige Gebilde gigantische Ausmaße haben müsste. Damit das Konzept funktioniert, müsste es etwa 200 Meter lang und zwölf Meter im Durchmesser sein. Das wäre sicherlich noch machbar, aber das größte Problem ist der Energieaufwand. Damit der Helix-Antrieb funktioniert, müsste man Unmengen an Energie hineinstecken. Denn er benötigt 165 Megawatt Leistung, um nur 1 Newton Schub zu erzeugen, was in etwa der Kraft entspricht, die man zum Tippen auf einer Tastatur benötigt. Also man müsste bereits große Mengen Energie investieren, um auch nur die Kraft eines Tippens auf einer Tastatur herauszubekommen.

Andererseits könnte sich die Menge an Energie, die man reinstecken muss, im Vakuum des Weltraums reduzieren. Dennoch wird es wohl dabei bleiben, dass der Helix-Antrieb extremst energieineffizient bleibt. Aber das wichtigste ist: Der Helix-Antrieb würde funktionieren und er würde durch die Anwendung der speziellen Relativitätstheorie nicht das Aktion-Reaktionsprinzip verletzen und alleine dadurch hebt er sich schon von ähnlichen Konzepten wie beispielsweise dem sogenannten EM-Drive ab, der auf der Nutzung von Mikrowellen basiert, aber eben nach herrschender Meinung die newtonschen Gesetze verletzt.

Bis wir wirklich einen praktisch einsetzbaren Helix-Antrieb haben, der uns zu den Sternen bringt, wird wohl noch etwas Zeit vergehen. Insbesondere brauchen wir dafür Durchbrüche in der Energieerzeugung, eventuell durch Kernfusion. Aber es ist ein erstes vielversprechendes Konzept und irgendwo muss man anfangen, um dann darauf aufzubauen.

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Befindet sich das Universum in einem Weißen Loch?

von 28. Juli 202228. Juli 2022 By Tim Julian Ruster

Künstlerische Darstellung Universum und Schwarzes Loch

Befindet sich unser Universum in einem Weißen Loch? Dafür gibt es starke Hinweise!

Wie ist eigentlich das Universum entstanden? Woher kommt all das hier und wie konnte es zu dem seltsamen Umstand kommen, dass wir auf der Erde sind und uns Gedanken über den rätselhaften Kosmos machen?

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Ein kurzer Rückblick auf das, was bisher geschah: Unser Universum existiert nach der Ansicht der meisten Astrophysiker seit knapp 13,8 Milliarden Jahren. Der Anfangspunkt war nach herrschender Meinung der Urknall, ein Akt der Selbstschöpfung des Kosmos. All die Energie und Materie, die heute in Form von Planeten, Nebeln, Sternen und so weiter durch das All fliegt, war in einem winzigen Punkt zusammengequetscht, einer sogenannten Singularität. Aus ominösen Gründen begann dieser Punkt zu wachsen und zu wachsen – bis heute.

Warum ist der Kosmos, wie er ist?

Und heute hat der Weltraum gigantische Ausmaße erreicht. Er ist gefüllt mit Milliarden wenn nicht Billionen von Galaxien. Und er dehnt sich immer noch aus. Die allermeisten Galaxien bewegen sich in diesem Moment von uns weg. Das ist der kosmologische Stand der Dinge, ganz grob zusammengefasst und da könnte man ja eine sehr berechtigte Frage stellen: Warum ist das überhaupt so?

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Die meisten Astrophysiker sagen: Einfach so. Das Universum ist aus dem Nichts entstanden und vor dem Universum war demnach einfach nichts. Es gibt aber auch andere Hypothesen, unter anderem, dass sich unser Universum in einem Schwarzen Loch befindet. Eine andere lautet: Unser Universum ist in einem Weißen Loch. Um das zu verstehen, müssen wir erstmal klären, was ein Weißes Loch überhaupt ist. Ihr könnt euch ein Weißes Loch vorstellen wie das Gegenstück zu einem Schwarzen Loch. Ganz vereinfacht gesprochen: Schwarze Löcher ziehen Dinge an, Weiße Löcher spucken Dinge aus. Während hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs keine Kraft der Physik mehr entkommen kann, noch nicht mal das Licht, könnte den Ereignishorizont eines Weißen Lochs keine Kraft der Physik die Grenze von außen überwinden, man käme also gar nicht rein.

Die Theorie der Einstein-Rosen-Brücke

Wenn man die Idee weiter spinnt, könnte jedes Schwarze Loch mit einem Weißen Loch verbunden sein. Diese Verbindung, dieser Raumzeittunnel wäre eine Einstein-Rosen-Brücke oder umgangssprachlich auch ein Wurmloch. Wer sich fahrlässigerweise in ein Schwarzes Loch einsaugen lässt, könnte ganz woanders im Universum aus einem Weißen Loch ausgespuckt werden. Das ist aber alles nur Theorie. Der praktische Beweis für die Existenz Weißer Löcher steht noch aus, man hat noch keines in freier Wildbahn gefunden.

So könnte die Einstein-Rosen-Brücke aussehen

Aber sie sind im Rahmen von Albert Einsteins berühmten Feldgleichungen möglich. Durch die Lösung konnte man schon die Existenz Schwarzer Löcher theoretisch vorhersagen, lange bevor man wirklich das erste Bild eines Schwarzen Lochs machen konnte. Bisher hatte Albert Einstein eigentlich mit allem Recht und deswegen könnte man argumentieren, dass auch Weiße Löcher existieren, wir sie aber eben wegen mangelhafter technischer Mittel noch nicht entdeckt haben.

Was ist das Informationsparadoxon?

Ein weiteres Argument für die Existenz Weißer Löcher ist das sogenannte Informationsparadoxon. Wenn etwas hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs verschwindet und dann Teil der Singularität wird, gehen Informationen des verschluckten Etwas verloren – denn das Innere eines Schwarzen Lochs besitzt keine Informationen mehr außer Informationen über die Masse, die elektrische Ladung und den Drehimpuls. Mehr Daten kann man über ein Schwarzes Loch nicht erheben. Der berühmte Physiker John Wheeler beschrieb das etwas seltsam mit dem Satz: Schwarze Löcher haben keine Haare. Also haben sie quasi nichts, anhand dessen man sie beschreiben könnte. Es gibt einen quantenphysikalischen Grundsatz, der besagt, dass Informationen nicht verloren gehen können, das Postulat der Unitarität der Zeitentwicklung.

Einfacher formuliert: Gemäß der Quantenphysik können Informationen nicht unwiederbringlich verloren gehen. In einem Schwarzen Loch scheint aber genau dies zu geschehen. Paradox. Die Lösung für dieses Informationsparadoxon könnten – richtig – Weiße Löcher sein. Die Informationen gehen vielleicht gar nicht verloren, versteckt vor unseren neugierigen Blicken werden sie irgendwo anders aus einem Weißen Loch wieder herausgepült.

Der Physiker Hal Haggard hält das für sehr gut möglich und sagt: “Warum sollte man nicht untersuchen, ob Weiße Löcher derart interessante Konsequenzen haben? Die Geometrie ist in beiden Fällen sehr ähnlich. Das geht sogar so weit, dass sie manchmal mathematisch identisch sind.” Der Anknüpfungspunkt ist die Singularität. Sowohl im Zentrum von Schwarzen Löchern wie auch von Weißen Löchern befindet sich eine Singularität. Und auch unser Universum begann in einer Singularität. Könnte unser Universum also aus einem Weißen Loch geboren sein, dessen Singularität quasi ein Universumssamen war und aus dem alles nun seit Milliarden Jahren wie ein zartes Pflänzlein erblüht?

Um das noch besser zu verstehen, müssen wir uns in den Bereich der Quantenphysik bewegen, also dem ominösen Teil der Physik, der sich mit den allerkleinsten Elementarteilchen befasst. Bei Singularitäten versagen die Prinzipien der klassischen Physik ein wenig, da ein unendlich kleiner, unendlich verdichteter Punkt nicht wirklich möglich oder beschreibbar ist. Einige Quantentheorien quantifizieren daher die Raumzeit und postulieren eine Quantentheorie der Schwerkraft. Sie kommen zu dem Schluss, dass die Sichtweise der klassischen Physik auf Schwarze Löcher und Co. unvollständig ist. Nach der Theorie der Schleifen-Quantengravitation haben die Grundbausteine der Raumzeit die Form von extrem kleinen Schleifen. Quantenschleifen. Und diese Schleifen haben eine endliche, beschreibbare Größe, stünden also im Einklang mit der Physik.

Stellen wir uns mal einen sehr schweren Stern vor, der kurz vor dem Kollaps steht, das heißt er endet in einer Hypernova und verdichtet seine Restmasse derart, dass ein Schwarzes Loch entsteht. Gemäß der Quantenschleifentheorie kann diese Zusammenquetschung des Sterns nicht bis zum Punkt der Singularität, also dem Punkt der unendlichen Dichte, reichen. Stattdessen würde der Stern, bevor er den Punkt der Singularität erreicht, einen Quantensprung erleben. Ab einem gewissen Druck, der auf der Restmasse des Sterns lastet, verwandelt sich das Schwarze Loch in ein Weißes Loch. Dieser Prozess der Umwandlung eines Schwarzen Lochs in ein weißes Loch würde nur Bruchteile einer Sekunde dauern. Und genau dieser Schleifenquantensprung eines sterbenden Sterns könnte doch der Startpunkt eines neuen Universums sein.

Unser Universum könnte entstanden sein, in dem irgendwo anders, in einem Mutteruniversum ein sehr schweres Objekt kollabiert ist und durch einen Quantensprung ein Weißes Loch erschaffen wurde. Durch einen kosmischen Rülpser, um diesen Fachterminus mal weiter zu verwenden, wurde schließlich die gesamte Masse und Energie über den Ereignishorizont des Weißen Loches geschleudert und unser Universum erblickte das Licht der Welt. Der Physiker Lee Smolins machte diese Theorie populär und er beschreibt es so: “Ein Stern, der zu einem schwarzen Loch kollabiert, wird sehr schnell auf eine unendliche Dichte zusammengedrückt und die Zeit bleibt stehen. Anstatt auf eine unendliche Dichte zu kollabieren, kollabiert der Stern auf eine bestimmte extreme Dichte, prallt dann zurück und beginnt wieder zu expandieren. Der Punkt, an dem die Zeit im Inneren eines Schwarzen Lochs endet, wird mit dem Punkt verbunden, an dem die Zeit in einem Urknall in einem neuen Universum beginnt.”

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Leben wir in einem Schwarzen Loch?

von 18. Juni 202218. Juni 2022 By Tim Julian Ruster 1 Kommentar

Befindet sich unser Universum in einem Schwarzen Loch? Dafür gibt es neue Hinweise. Was es damit auf sich hat, erfahrt Ihr in diesem Beitrag.

Wir könnten in einem Schwarzen Loch leben – und auch wenn Ihr jetzt denkt, dass ich vielleicht übergeschnappt bin: Ich bin mir sicher, dass ich euch gute Argumente dafür liefern kann. Starten wir mit einer Idee von Stephen Hawking. Hawking hielt es für möglich, dass jedes Mal, wenn in unserem Universum ein Schwarzes Loch erzeugt wird, ein “Baby-Universum” entstehen könnte, das nur für einen Beobachter zugänglich ist, der sich innerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs befindet. Was für ein faszinierender Gedanke: Stellt euch mal vor, Ihr würdet von der Gravitation eines Schwarzen Loches erfasst, übertretet den Ereignishorizont und vielleicht erwartet euch dann nicht der Tod sondern ein gänzlich neues, aufregendes Universum.

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Wenn man diese Idee von Stephen Hawking weiterspinnt, dann liegt der Gedanke nahe, dass auch unser Universum sich in einem Schwarzen Loch befinden könnte. Der Astrophysiker Ethan Siegel hat sich damit beschäftigt und viele Indizien zusammengetragen, die diese Theorie wahrscheinlich erscheinen lassen: “Könnte unser Universum tatsächlich von einem schwarzen Loch hervorgebracht worden sein, das in einer Art großem “Mutteruniversum” entstanden ist, und gebären wir jedes Mal ein neues Universum, wenn ein neues schwarzes Loch entsteht? Das ist eine faszinierende Idee, die es wert ist, erforscht zu werden.”

Was ist ein Schwarzes Loch?

Dazu erstmal ein paar Grundlagen: Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, das verdichtet ist und so viel Schwerkraft besitzt, dass in einem gewissen Bereich selbst das Licht nicht mehr entkommen kann. Die Grenze dieses lichtverschluckenden Bereiches nennt man Ereignishorizont. Je schwerer das Schwarze Loch ist, desto weiter verschiebt sich der Ereignishorizont nach außen. Was hinter diesem Ereignishorizont geschieht, wissen wir nicht, denn, wenn dort selbst Licht nicht mehr herausdringt, dann kommen gar keine Informationen mehr heraus. Das bietet also jede Menge Raum für Spekulationen.

Unser Universum ist ein mehrdimensionaler Raum, der permanent expandiert. Er expandiert zwar mit Überlichtgeschwindigkeit, so dass wir das Ende des Kosmos nicht erreichen können, aber entgegen weit verbreiteter Ansicht gibt es ein Ende – auch wenn es vermutlich nicht einfach eine Wand sein dürfte wie im Film die Truman Show. Oder vielleicht doch? Was wäre, wenn die Grenze unseres Universums der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs wäre, das sich in einem noch größeren Mutteruniversum befindet?

Größe des Ereignishorizontes = Größe des Universums?

Außergewöhnliche Behauptungen erfordern außergewöhnliche Beweise, hat schon Carl Sagan gesagt. Deswegen kommen hier nun einige Indizien, die eure Meinung ändern werden. Es gibt Schätzungen darüber, welches Gesamtgewicht das Universum wohl ungefähr haben müsste. Wenn man die Masse und Energie aller im sichtbaren Universum enthaltenen Teilchen zusammenzählt, kann man sich die Frage stellen: “Wie groß wäre der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit dieser Masse?” Und das Ergebnis: Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit der Masse unseres Universums wäre ungefähr so groß wie die Ausmaße des beobachtbaren Universums. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das ein Zufall ist?

Vielleicht wehren sich einige von euch immer noch und sagen: Das Universum ist viel zu groß, das kann nicht in einem Schwarzen Loch zusammengequetscht sein… oder?!

Befinden wir uns in einer Singularität?

Dröseln wir das mal auf. Was würde das bedeuten, wenn unser Schwarzes Loch im Zentrum eines Schwarzen Loches wäre. Das würde in der Tat bedeuten, dass es komplett zusammengequetscht wäre – um es mal sehr wissenschaftlich zu formulieren. Denn das Schwarze Loch selbst ist ein stark verdichteter, kleiner Punkt, eine Singularität, eine Masseansammlung ohne Ausdehnung. Je mehr das Schwarze Loch verschluckt, desto schwerer wird die Singularität – aber nicht größer, denn die besondere Eigenheit einer Singularität ist ja gerade, dass sie immer unfassbar klein bleibt und eine so winzige Ausdehnung besitzt, dass man sie nicht mit irgendeiner Größenangabe beschreiben könnte. Dieses Konzept der Singularität bereitet den Physikern schon lange Kopfzerbrechen. Denn ein unfassbar verdichteter Punkt ohne Ausdehnung steht ein bisschen auf Kriegsfuß mit den Gesetzen der Physik.

Selbst Albert Einstein hat oft versucht, um das Ergebnis herumzukommen, dass Schwarze Löcher und Singularitäten existieren könnten – obwohl seine entdeckten einsteinschen Gesetze die Existenz von Schwarzen Löchern und damit auch Singularitäten voraussagten. Es ist unglaublich, dass er es selbst nicht wahrhaben wollte. Lange Rede, kurzer Sinn: Da wir keine Ahnung haben, welche bizarren Gesetze das Wesen der Singularität bestimmen, könnte es möglich sein, dass wir uns innerhalb einer solchen Singularität befinden und es nicht wissen.

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Die Expansion des Kosmos durch Dunkle Energie

Die passende Größe des Ereignishorizonts eines potentiellen Schwarzen Loches und die des beobachtbaren Universums sind ein starkes Indiz. Ein weiteres könnte die Expansion unseres Kosmos sein. Seit der Entstehung des Universums, nach weit verbreiteter Meinung im sogenannten Urknall, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren wächst das Universum. Und begonnen hat es nach der Urknalltheorie in einer Singularität. Wie ein Schwarzes Loch.

Doch mysteriöserweise schwächt sich die Expansion nicht ab je länger der Urknall her ist – was ja zu erwarten wäre – sondern sie nimmt immer weiter zu. Warum ist unerklärlich und Physiker haben das Konzept der Dunklen Energie entwickelt. Dunkle Energie bringt den Kosmos scheinbar zum schnelleren Wachsen, aber niemand weiß, was Dunkle Energie ist. Wie wär’s damit: Dunkle Energie ist eine Interaktion unseres Kosmos mit dem Bereich außerhalb des Schwarzen Lochs, eine Interaktion mit dem Mutteruniversum. Vielleicht befindet sich das Schwarze Loch, in dem wir uns befinden, seit Anbeginn der Kosmologie in der Wachstumsphase, weil es weitere Materie verschluckt. Dadurch wird es schwerer und der Ereignishorizont, also die Grenze des beobachtbaren Universums, verschiebt sich nach außen. Ich weiß, es klingt fast zu nachvollziehbar, um wahr zu sein.

Das Nichtvorhandensein Weißer Löcher

Und noch ein drittes Argument: Die Abwesenheit der Weißen Löcher. Klingt wie eine Fortsetzung zu Das Schweigen der Lämmer, meint aber einfach den Umstand, dass wir noch nie ein Weißes Loch in “freier Wildbahn” irgendwo im Kosmos entdeckt haben. Weiße Löcher sind das theoretische Gegenteil Schwarzer Löcher. Den Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches kann man nicht mehr von innen nach außen überschreiten, man ist im Schwarzen Loch gefangen. Den Ereignishorizont eines Weißen Lochs kann man nicht von außen nach innen überschreiten, ihr kommt nicht rein. Man könnte also sagen, dass Schwarze Löcher Materie verschlucken, Weiße Löcher spucken sie wieder aus. Und die Verbindung zwischen einem Schwarzen Loch und einem Weißen Loch könnte eine Einstein-Rosen-Brücke sein, besser bekannt unter dem Begriff Wurmloch.

So könnte es in einer Einstein-Rosen-Brücke aussehen

Und jetzt das Mysteriöse: Weiße Löcher sind nach Albert Einsteins Relativitätstheorie denkbar. Und bisher hat man eigentlich irgendwann noch alles entdeckt, was laut Einsteins Theorien denkbar ist – Weiße Löcher aber noch nicht. Vielleicht ja aus folgendem Grund: Unser Universum ist durch eine Einstein-Rosen-Brücke mit dem Mutteruniversum verknüpft. Und deswegen haben wir noch ein Weißes Loch gefunden, weil uns der Blick in das Mutteruniversum, jenseits unseres Ereignishorizonts nicht möglich ist. Und genau so gut könnte es sein, dass jedes Schwarze Loch in unserem Universum euch in einem Tochteruniversum aus einem Weißen Loch ausspucken würde. Schwarze Löcher als Eingang in ein Wurmloch, dessen Ausgang ein Weißes Loch in einem anderen Universum sind.

Das waren nun einige Argumente für die Hypothese, aber man muss natürlich auch festhalten, dass es keine Beweise sind. Ethan Siegel schreibt: “Was leider fehlt, ist der entscheidende Schritt einer eindeutig identifizierbaren Signatur. Wir wissen nicht, ob unser Universum durch die Entstehung eines schwarzen Lochs entstanden ist, aber zum jetzigen Zeitpunkt ist es eine verlockende Möglichkeit, die wir nicht ausschließen sollten.”

Ich finde die Indizien relativ stark, aber denke mir auch, dass die Schwarze-Loch-Hypothese einen großen Nachteil hat: Sie verlagert die Frage nach dem Ursprung unseres Kosmos wieder nur auf eine andere Ebene. Wir wüssten dann zwar, dass unser Universum innerhalb eines Schwarzen Lochs entstanden ist – aber wie ist das Mutteruniversum entstanden? Auch so? Aber was war dann der Anfang von allem?! Und schon stehen wir wieder vor der größten Frage von allen und sind nicht wirklich weiter gekommen.

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Schwerkraft existiert nicht: Wahr oder falsch?

von 10. Juni 202210. Juni 2022 By Tim Julian Ruster

Schwerkraft existiert nicht. Das behaupten zumindest einige Forscher. Gehen wir der Sache mal auf den Grund und klären, ob Einstein mit der Schwerkraft tatsächlich komplett falsch lag.

Die Schwerkraft – damit verbinden wir die Erkenntnis von Albert Einstein über Raum und Zeit. Raum und Zeit gehören untrennbar zusammen und bilden die Raumzeit, die wiederum von der Schwerkraft beeinflusst wird. Je schwerer ein Objekt ist, desto mehr krümmt es die Raumzeit. Das, was wir als normale Raumzeit erleben, ist die Raumzeit unter dem Einfluss der Gravitation der Erde. Die größte Raumzeitkrümmung in unserem Sonnensystem verursacht unsere Sonne, die 99 % Prozent der Masse des Sonnensystems ausmacht. In ihrer – nennen wir es mal: Raumzeitdelle rotieren die Planeten und andere Himmelskörper um sie herum.

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Was ist Schwerkraft?

Die Schwerkraft ist eine der bestimmenden Kräfte des Kosmos. Und auch für uns ist sie von existentieller Bedeutung, denn ohne die Gravitation der Erde könntet ihr jetzt nicht auf dem Sofa sitzen und diesen Beitrag lesen. Aber wenn man der Sache mal genauer auf den Grund geht, wird es schnell ein bisschen ungemütlich. Was ist Schwerkraft überhaupt? Wir können sehr leicht beschreiben, wie Schwerkraft funktioniert. Wenn ihr euer Smartphone fallen lasst, können schlaue Physiker genau berechnen, wie schnell es durch die Anziehungskraft der Erde auf den Boden stürzen wird.

Aber warum ist die Schwerkraft so, wie sie ist? Was ist Schwerkraft? Besteht sie aus irgendetwas? Gibt es eine Elementarteilchenstruktur, die die Schwerkraft ausmacht? Die Schwerkraft ist einfach da. Wie der Programmiercode eines Computerspiels, den wir nicht sehen können. Der Wissenschaftsjournalist Richard Panek hat das Thema Schwerkraft kritisch hinterfragt und kommt zu dem Schluss, dass Schwerkraft eigentlich in ihrer bekannten Form nicht existiert. Er schreibt: “Niemand weiß, was Schwerkraft ist, und so gut wie niemand weiß, dass niemand weiß, was Schwerkraft ist. Eine Ausnahme bilden die Physiker: Sie wissen, dass niemand weiß, was Schwerkraft ist, weil sie wissen, dass sie nicht wissen, was Schwerkraft ist.”

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Gravitation als Grundkraft der Physik?

Ganz schön verwirrend, oder? Was er damit sagen will: Während es dem Normalbürger nicht bewusst ist, sind Physiker sich absolut einig, dass niemand weiß, was Schwerkraft ist. Spätestens an diesem Punkt sind vermutlich alle ausreichend verwirrt. Vielleicht könnte man sagen: Die Schwerkraft ist die Anziehungskraft, die Dinge gerade nach unten fallen lässt. Wir können sagen, dass die Gravitation eine der vier Grundkräfte der Physik ist, aber die Gravitation ist innerhalb dieser Grundkräfte ein derartiger Ausreißer, dass es fast albern ist, sie als Kraft zu bezeichnen. Die starke Kernkraft oder auch starke Wechselwirkung genannt beispielsweise, die die Atomkerne intakt hält, ist etwa 100 Mal stärker als die elektromagnetische Kraft, die das Lichtspektrum erzeugt, die wiederum bis zu 10.000 Mal stärker ist als die schwache Kernkraft oder schwache Wechselwirkung, die die subatomaren Wechselwirkungen ermöglicht, die für den radioaktiven Zerfall verantwortlich sind. Drei Kräfte, die alle innerhalb von sechs Größenordnungen voneinander entfernt sind.

Wenn ein Stein auf die Erde fällt: Das ist Schwerkraft

So hebt man Gravitation auf

Und dann kommt die Gravitation um die Ecke. Sie ist etwa – und jetzt haltet euch fest – eine Million Milliarden Milliarden Milliarden Mal schwächer als die schwache Kernkraft. Unfassbar wie schwach die Gravitation eigentlich ist. Um euch das zu verdeutlichen, bekommt ihr hier eine Idee für ein kleines Experiment: Legt eine Büroklammer auf euren Schreibtisch. Dort liegt sie verankert an ihrem Platz durch die Gravitationswechselwirkung mit dem gesamten Planeten unter ihr, mit der gesamten Masse der Erde. Man würde meinen, dass das gewaltige Gewicht der Erde die unfassbar leichte Büroklammer ziemlich stark festhält, oder? Nun nehmt Ihr einen Kühlschrankmagneten und haltet ihn über die Büroklammer. Und schwupps! Ihr habt die Gravitationskraft der gesamten Erde mit einer Handbewegung aufgehoben.

Verglichen mit den anderen Grundkräften der Physik ist die Schwerkraft also echt schwach. Und das Seltsamste ist: Die Gravitation ist die einzige Kraft, für die es keine Quantenlösung gibt – also keine Theorie, die die Kraft mit Hilfe von subatomaren Teilchen erklärt. Also entweder sind wir einfach noch zu doof, um die Schwerkraftelementarteilchen zu entdecken oder es gibt sie nicht. Wenn die Gravitation aber nicht subatomar durch Teilchenwechselwirkung erklärt werden kann, dann ist sie im eigentlichen Sinne des Wortes keine Kraft. Sondern eher ein wundersamer Effekt, der einfach da ist, aber nicht durch eine Kraft auf Quantenebene verursacht wird.

Darstellung einer Elementarteilchenstruktur

Also nehmen wir nochmal unsere Definition von eben und streichen das Wort “Kraft”, bleibt übrig: “Schwerkraft ist irgendwas, das Dinge gerade nach unten fallen lässt.” Was bedeutet im Weltraum “nach unten”? Ist das euer Smartphone eben nach unten gefallen? Der Weg scheint nur deshalb gerade zu sein, weil man relativ zur Erde stillsteht. Wie schon Galileo Galilei feststellte, erscheint die Flugbahn eines Steins, der vom Mast eines auf einem Fluss fahrenden Schiffes fällt, einem Beobachter am Ufer als ein Winkel. In ähnlicher Weise würde jemandem außerhalb der Erde, der ein Arrancino beobachtet, das auf unseren sich drehenden Planeten fällt, die Bahn als ein Winkel erscheinen.

Aber die Erde umkreist auch die Sonne. Und da die Sonne das Zentrum der Galaxie umkreist, wäre diese Kurve des fallen Objekts sehr lang. Und die Galaxie bewegt sich auf andere Galaxien zu, und das Universum dehnt sich aus, und die Expansion beschleunigt sich: Wie lang und gekrümmt die Flugbahn des Arrancinos erscheint, hängt ganz davon ab, wo man sich im Verhältnis zu ihm befindet. Es ist nicht möglich einfach zu sagen: Ein Objekt fällt runter. Von unserer Definition bleibt jetzt nicht mehr viel übrig: “Schwerkraft ist irgendwas, das Dinge fallen lässt.” Ihr ahnt es schon, auch das lässt sich kaum halten. Schon Einstein hat richtigerweise festgestellt, dass nicht zwingend ein Stein auf die Erde fällt – sondern, dass man genauso gut argumentieren könnte, dass die Erde sich “von unten” auf den Stein zubewegt. Unsere finale Definition der Schwerkraft ist also: “Schwerkraft ist irgendwas” Richard Panek schreibt: “Wir können vorhersagen, was passiert, wenn zwei schwarze Löcher zusammenstoßen oder wenn wir einen Stein loslassen. Aber wir wissen nicht, wie sie das tut, was sie tut. Wir wissen, welche Wirkungen sie hat, und wir können die Ursache dieser Wirkungen als “Schwerkraft” bezeichnen, aber wir kennen nicht die Ursache dieser Ursache.”

Schwarze Löcher haben eine enorme Anziehungskraft

Dieses gesamte Gravitationsparadox, das ich euch gerade beschrieben habe, bereitet den Physikern schon seit langer Zeit Kopfzerbrechen. Es gibt daher viele Wissenschaftler, die fest davon überzeugt sind, dass die Entdeckung einer quantenphysikalischen Lösung, eines Gravitationselementarteilchens, der absolute Schlüssel zum fundamentalen Verständnis des Kosmos ist, sozusagen der heilige Gral der Physik. Das ist möglich – aber ganz ehrlich, es ist genau so gut möglich, dass es ein solches Schwerkraftelementarteilchen nicht gibt und die Lösung dieses Rätsels unseren Verstand bei weitem übersteigt.

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Graphen-Forschung: Hinweis auf Paralleluniversum entdeckt

von 30. Mai 202230. Mai 2022 By Tim Julian Ruster

Zwei parallel existierende Erden im Paralleluniversum

Physiker haben in einem Experiment durch Zufall Hinweise auf ein Paralleluniversum entdeckt. Existiert also wirklich noch eine andere Realität neben unserer?

Wenn man sich die weltpolitische Lage anschaut, könnte man sich durchaus wünschen, dass das hier nicht die einzige Realität ist. Man könnte sich wünschen, dass es noch andere parallele Zeitlinien, parallele Universen gibt. Und genau darauf deutet nun eine Forschungsarbeit zweier Physiker der University of Maryland hin. Sie haben ganz zufällig Hinweise auf ein Paralleluniversum entdeckt.

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Graphen: eine atomare Bienenwabe

Eigentlich haben die beiden Forscher sogenannte Graphenschichten untersucht. Graphen bezeichnet eine bestimmte Anordnung von Kohlenstoffatomen in zweidimensionaler Struktur. In dieser Struktur ist jedes Atom im Winkel von 120 Grad von drei weiteren Atomen umgeben. Die Struktur ähnelt demnach ein bisschen einer Bienenwabe. Graphen hat als Material enormes Potential: Es hat sich herausgestellt, dass es Wärme und Elektrizität sehr gut leitet und einen geringen aktiven Widerstand besitzt, es ist also sehr flexibel. Dadurch ergeben sich viele – oftmals noch theoretische – Anwendungsfälle, unter anderem auch in der Raumfahrt.

Bei der Untersuchung der Graphenschichten entdeckten die Forscher sich wiederholende Muster, die die Art und Weise, wie sich Elektrizität innerhalb der Graphenstapel bewegt, veränderten. Optisch ähneln diese Graphendiagramme einzelnen Universen. Es wäre denkbar, dass sich die Wechselwirkungen, die zwischen einzelnen Graphenstapeln entstehen, auf andere Ebenen übertragen lassen – zum Beispiel auf die Wechselwirkung zwischen unserem Universum und anderen potentiell existierenden Paralleluniversen.

Interaktion von zwei Graphenschichten

Das mag etwas kurios klingen, daher nochmal anders formuliert: Die Elektrizität in Graphenstapeln ändert ihr Verhalten, wenn zwei Graphenschichten miteinander interagieren. Man nennt das auch Moiré-Muster – diese entstehen, wenn sich zwei sich wiederholende Muster überlappen und eine der Schichten sich verdreht, verschiebt oder dehnt und es dadurch zu Wechselwirkung zwischen den Mustern kommt. Und die Forscher der Universität Maryland stellen nun die Hypothese auf, dass eine einzigartige Physik aus der Interaktion von Schichten auch anderswo entstehen könnte, vielleicht im gesamten Universum. Sie sagen, dass unser Kosmos auch nur ein Teil eines Moiré-Musters wäre. Unser Universum wäre also nur eine Hälfte, eine Graphenschicht, die mit einer anderen Hälfte interagiert, einer zweiten Realität, einem Paralleluniversum.

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Klingt absurd? Schon, aber die Forscher haben die Physik der Graphenschichten in Simulationen für das gesamte Universum durchlaufen lassen. Das Ergebnis: Es passt perfekt. Die Simulationen wiesen als Ergebnis ein Universum wie unseres vor und sagten sogar die Expansion des Universums perfekt voraus. In einer Veröffentlichung der Universität Maryland heißt es: “Die Physik zweier Graphenblätter kann als die Physik zweier zweidimensionaler Universen umgedeutet werden, in denen Elektronen gelegentlich zwischen den Universen springen. Dies inspirierte die Forscher dazu, die Mathematik so zu verallgemeinern, dass sie auf Universen mit einer beliebigen Anzahl von Dimensionen, einschließlich unseres vierdimensionalen Universums, anwendbar ist, und zu erforschen, ob ein ähnliches Phänomen, das sich aus Moiré-Mustern ergibt auch in anderen Bereichen der Physik auftreten könnte.”

Universum als Teil des Multiversums

Wir könnten uns das Universum dann wie die eine Hälfte eines Multiversums vorstellen – diese Entdeckung hat nichts mit esoterischer Interpretation von Paralleluniversen zu tun. So nach dem Motto: In einem Paralleluniversum läuft ein Doppelgänger von euch rum und immer wenn Ihr eine Verbindung zu ihm spürt, erlebt Ihr ein Déjà-Vu, oder so. Viel mehr könnte die Existenz dieser zweiten Schicht, dieses anderen Universums viele noch offene Fragen der Kosmologie beantworten: Warum und wohin dehnt sich das Universum aus? Warum beschleunigt sich die Expansion? Bislang wird die beschleunigte Expansion immer mit der Dunklen Energie erklärt – aber was das ist, weiß niemand. Es könnte doch möglich sein, dass die Dunkle Energie ein Effekt zwischen den beiden Universen ist, ein Effekt der Moiré-Muster wie zwischen den Graphenschichten. Der Co-Autor der Studie Victor Galitski sagt: “Wir denken, dass dies eine aufregende und ehrgeizige Idee ist. In gewisser Weise ist es fast verdächtig, dass es so gut funktioniert, fundamentale Merkmale unseres Universums wie die Inflation und das Higgs-Teilchen auf natürliche Weise vorherzusagen.”

Künstlerische Darstellung eines Paralleluniversums

Die Multiversumstheorie der Forscher der Uni Maryland könnte auch eine spektakuläre Antwort auf die großen Fragen der Quantenphysik sein. Die Quantenphysik beschäftigt sich mit den kleinsten Elementarteilchen und eines ihrer verwirrendsten Aspekte ist die Superposition. Elementarteilchen können gleichzeitig mehrere Zustände aufweisen. Ein Teilchen kann beispielsweise gleichzeitig zwei Drehrichtungen haben, den sogenannten Spin. Stellt euch mal vor, ein Fußball würde sich gleichzeitig in zwei Richtungen drehen. Die Superposition übersteigt irgendwie unser Verständnis der Physik. Könnte es nicht sein, dass das Multiversum die Antwort ist? In der einen Hälfte des zweigeteilten Kosmos hat das Teilchen die eine Drehrichtung und in der anderen Hälfte den anderen. Auch ein Aspekt namens Quantenverschränkung könnte damit erklärt werden. Auf Quantenebene können Teilchen miteinander verschränkt werden und sind dann de facto eins – obwohl sie möglicherweise unfassbar weit voneinander entfernt sind.

Die spukhafte Fernwirkung

Selbst Einstein fand diesen Quanteneffekt so unheimlich, dass er ihn spukhafte Fernwirkung nannte. Vielleicht lässt sich die Verschränkung auch mit einem Effekt zwischen den beiden Universen erklären, mit einer Verbindung im Moiré-Muster. Dazu muss man sagen, dass die Hypothese der beiden Forscher kein Beweis für ein Doppel-Universum ist, aber es ist eine absolut nachvollziehbare Hypothese, dass sich die Effekte in Graphen-Schichten auch auf größere Ebenen übertragen lassen.

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