Anhang

Schon als Kind hatte ich eine lebhafte Fantasie und habe meine Eltern ständig mit einer Unzahl von Was-wäre-wenn -Fragen in den Wahnsinn getrieben. Nach einer Weile haben sie mich in der nächstgelegenen öffentlichen Bibliothek geparkt. Dort habe ich letztlich die Welt der Bücher kennengelernt, insbesondere die Welt der Science-Fiction- und Fantasy-Romane. Meine frühesten Einflüsse waren die Klassiker von J.R.R. Tolkien und Isaac Asimov. Solche Titel haben meine Vorstellungskraft sowohl als Kind als auch im Erwachsenenalter angeregt.

Durch meinen formellen Hintergrund bin ich seit Jahrzehnten fest in der Welt der Wissenschaft verankert. Dadurch und durch meinen Zugang zu Akademikern, die theoretische Physiker sind, dürfte nicht weiter überraschen, dass ich Möglichkeiten gefunden habe, mich ihrer und meiner eigenen Kenntnisse zu bedienen, um auf die eine oder andere Weise Technologie in meine Geschichten einzubauen. Viele Leser könnten diesen Roman als Hard-Science-Fiction betrachten, und ich würde sagen, damit hätten sie recht.

Man könnte fragen: »Was ist eigentlich Hard-Science-Fiction? Ist das etwas, das ich lesen kann?«

Für mich ist ein entscheidender Unterschied zwischen sogenannter »harter« und »weicher« Science-Fiction, dass im ersteren Fall die Wissenschaft nicht nur eine Zutat der Geschichte ist, sondern ein wesentlicher Bestandteil davon.

Meiner bescheidenen Meinung nach sollte man jedoch keinen Hochschulabschluss brauchen, um die Handlung zu verstehen. Nur eine Vorliebe für gute Geschichten, die Wissenschaft und Technologie beinhalten. Es liegt am Autor, den wissenschaftlichen Teil zugänglich für alle Leser zu machen.

Ich habe mich bemüht, in diese Erzählung wissenschaftliche Präzision bei den Dingen einzubauen, die dem Leser präsentiert werden. Natürlich gibt es in jeder fiktiven Geschichte auch Elemente, die heute noch nicht möglich sind. Aber ich habe auf einer soliden wissenschaftlichen Grundlage versucht, aus Vorhersagen darüber, was kommen könnte, eine Geschichte zu basteln, die hoffentlich unterhaltsam und aufschlussreich zugleich ist.

In diesem Anhang gehe ich auf einige in der Geschichte verwendete Dinge ein und biete dir, lieber Leser, einen Einblick, wie sich einige harte wissenschaftliche Fakten darauf beziehen oder als Inspiration dazu gedient haben. Zum Beispiel habe ich in dieser Geschichte etwas erschaffen, das im Wesentlichen auf einen Warp-Antrieb hinausläuft. Sicher, es gibt nach dem heutigen Stand der Wissenschaft nichts, das solche Eigenschaften aufweist, das räume ich gern ein. Dennoch gehört es nicht völlig ins Reich der Fantasie – es steckt handfeste Physik dahinter! Ich habe merkwürdige Konzepte benutzt, die den magnetischen Einschluss von Fusion tangieren und in gewisser Weise als Motor dienen. Würde dich überraschen, dass diese Aspekte tatsächlich bei heutiger Fusionsforschung berücksichtigt werden? Außerdem spielt etwas namens DefenseNet eine zentrale Rolle. Könnte man so etwas tatsächlich bauen? Oder vielleicht erscheint dir das Konzept eines Weltraumaufzugs verrückt. Aber würdest du glauben, dass etwas Derartiges hypothetisch schon heute zum Greifen nah ist?

All das beruht auf akademischer Forschung. Hoffentlich kann ich dich mit den Möglichkeiten neugierig machen, wenn ich auf Dinge verweise, die zunächst wie Auswüchse der Fantasie wirken mögen, hinter denen aber echte Wissenschaft steckt.

Ich gebe nur sehr kurze Erläuterungen zu teilweise sehr komplexen Konzepten. Meine Absicht dabei ist, gerade genug Informationen zu bieten, um ein vernünftiges Verständnis des Themas zu ermöglichen. Denjenigen, die mehr wissen wollen, möchte ich auch ausreichend Stichworte an die Hand geben, damit sie eigene Recherchen starten und ein umfassenderes Hintergrundverständnis dieser Themen erlangen können.

So erhält man einen Einblick darin, was mich beim Schreiben dieser Geschichte beeinflusst hat. Und vielleicht fängt man sogar an, sich zu fragen, was sich unweigerlich alle Autoren fragen: Was wäre, wenn ...

DefenseNet:

In diese Geschichte habe ich das Konzept von DefenseNet eingebaut. Es handelt sich um eine futuristische Lösung, die als Mittel zur Abwehr von Asteroiden dient, die auf die Erde zusteuern. Wie man letztlich erfährt, ist DefenseNet eine komplexe Lösung aus mehreren Teilen, darunter das Konzept, das Dave Holmes als Warp-Ring bezeichnet. Darauf gehe ich an späterer Stelle in diesem Anhang noch ein.

Konzentrieren wir uns zunächst nur auf die Abwehr nahender Asteroiden.

In der Geschichte setzt DefenseNet eine Reihe von Hochleistungslasern als Schutzschild gegen ankommende Bedrohungen ein. In manchen Geschichten wird auf Sprengungen und darauf gesetzt, Raketen an Asteroiden anzubringen, um sie abzulenken. Beides ist aus verschiedenen Gründen ausgesprochen unpraktisch. Zu den größten Problemen gehört die Zeit, die man braucht, um auf eine Bedrohung zu reagieren und das Objekt tatsächlich zu erreichen.

Die statistischen Werte, die ich im Buch für eine nahende Bedrohung durch Asteroiden nenne, sind korrekt.

Träte ein 100 Meter breiter Meteorit aus Stein in einem normalen Winkel (45 Grad) und mit durchschnittlicher Geschwindigkeit (35 km/s) in die Atmosphäre ein, würde der Einschlag einer Atomexplosion von 32 Megatonnen entsprechen. Das würde wehtun, und zwar heftig.

Ich möchte anmerken, dass sich solche Einschläge nicht jeden Tag ereignen, aber alle 6.000 bis 7.000 Jahre trifft etwas mit Dimensionen von ungefähr 100 Metern die Erde. Wir sind überfällig.

Das Konzept von DefenseNet ist insofern praktikabel, als wir von zwei Dingen abhängig sind:

1. Rechtzeitiges Erkennen einer nahenden Bedrohung, um noch etwas bewirken zu können.
2. Verfügbarkeit eines ausreichend starken Lasers, um ihn auf das Objekt zu richten.

Wir verfügen bereits über die Technologie, um Laser im Weltraum zu platzieren. Und mit genügend Zeit und Investitionen hätten wir eine vernünftige Chance, heranrasende Bedrohungen früh genug zu erkennen. Es gibt viele laufende Projekte, die sich mit der Vermeidung von Kollisionen mit erdnahen Objekten befassen. Einige vorgeschlagene Projekte setzen auf den Einsatz von Lasern (beispielsweise die Strategic Defense Initiative, DE-STAR und so weiter).

Das Konzept ist eigentlich recht einfach. Ein hochkonzentrierter Energiestrahl, beispielsweise ein Laser, könnte die Oberflächentemperatur eines Teils eines Asteroiden auf ~ 3.000 Grad Kelvin erhöhen. Das würde an der Stelle eine heftige Reaktion auslösen. Material würde sich von der Oberfläche des Asteroiden lösen, und seine Flugbahn würde sich geringfügig verändern. Mit anderen Worten: Man hätte es mit einem riesigen Stein zu tun, den man unmöglich zerstören kann. Aber indem man seinen Rand erhitzt, kann man eine heftige Reaktion auf der Oberfläche hervorrufen. Die kleine, durch eine solche Erhitzung auftretende Explosion würde die nahende Bedrohung eine Spur ablenken. Je weiter entfernt das erfolgt, desto effektiver ist dieser Ansatz.

Ich möchte anmerken, dass es keine schnellere Möglichkeit als einen Laser für eine wirkungsvolle Lösung gegen ein entdecktes Ziel gibt. Die Lichtgeschwindigkeit ist trotz allem ziemlich schnell.

Fusion durch magnetischen Einschluss:

Zu den Schlüsselelementen in der Geschichte gehört ein mysteriöser, von Frank entwickelter Motor, der mehrere neue Konzepte in sich vereint. Darunter einen Raumtemperatur-Supraleiter namens Stanen. Obwohl das als ein heiliger Gral der Wissenschaft gilt, wird damit tatsächlich experimentiert.

Bei Franks Motor wiederum wurde ein Konzept benutzt, das völlig der Fantasie entsprungen zu sein scheint, jedoch auf Realität beruht. Es handelt sich um das Konzept des Einschlusses einer Fusionsreaktion in einem Magnetfeld. Schlüsselwörter für die Recherche zur Vertiefung des Themas sind magnetische Flasche, magnetischer Spiegel oder Tokamak.

Die Schwierigkeit bei der kontrollierten Fusion besteht darin, Bedingungen zu schaffen, unter denen zwei Atome effektiv so zusammengepresst werden können, dass die Presskraft die inhärente Abstoßkraft der Atomkerne überwindet. Eine dieser Pressmethoden bedient sich extremer Temperaturerhöhungen des Materials von über 5.000.000 Grad Celsius. Unter solchen Bedingungen verwandelt sich die Substanz in ein Plasma, und es muss weiterer Druck ausgeübt werden, damit es tatsächlich zur Fusion kommt.

Ferner können unter solchen Bedingungen die Atome innerhalb der Grenzen von Magnetfeldern manipuliert werden.

Zugegeben, ich habe das Konzept aufgegriffen und über die heute bekannte Technologie hinausgetragen. Allerdings liegt die Erweiterung nicht unbedingt im Bereich der Fantasie. Bei Franks Triebwerk gehe ich davon aus, dass die Fusion auftreten kann, dass Energie freigesetzt wird und dass der Energiespeicher das Magnetfeld zusätzlich verstärkt. So entsteht eine noch effizientere Umwandlung von Materie in Energie, und ein im Wesentlichen sehr heißes, flüchtiges System wäre in einem unvorstellbar starken Magnetfeld eingeschlossen.

Fusion ist heute noch kein effizienter Prozess, aber die meisten Wissenschaftler glauben, dass sie durch irgendein magnetisches Einschlussverfahren letztlich effizient werden kann.

Einsteins Gleichungen beschreiben das Verhältnis von Masse zu Energie und von Energie zu Masse. Sie verdeutlichen, dass in kleinsten Mengen Materie riesige Energiespeicher enthalten sind. Es ist daher eine Zukunft denkbar, in der nie ein Mangel an Energie besteht.

Hoffentlich ist es nicht mehr weit bis dahin.

Warp-Ring:

In diesem Buch beschreibe ich etwas, das Dr. Holmes als Warp-Ring bezeichnet. Das dadurch erzeugte Phänomen nenne ich meist Gravitationsblase.

Das Konzept ist an sich einfach vorstellbar: Man packt etwas (beispielsweise ein Schiff, die Erde oder dergleichen) in eine Blase. Diese Blase bewegt sich mit gewaltiger Geschwindigkeit, während alles in ihr keinerlei relative Bewegung wahrnimmt.

Klingt definitiv nach reiner Weltraumfantasie. Aber was, wenn ich verrate, dass es tatsächlich wissenschaftliche Abhandlungen zu dem Thema gibt? Ich habe mich insbesondere auf eine davon gestützt, um ein Modell davon zu entwerfen, was ein solcher Warp-Ring vollbringen könnte.

Ich beziehe mich auf ein von Miguel Alcubierre verfasstes Dokument mit dem Titel »Der Warp-Antrieb: hyperschnelles Reisen im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie.«

Für Recherchen über praktische Experimente zu den Arbeiten von Dr. Alcubierre verweise ich auch auf Dr. Harold »Sonny« White, der am Johnson Space Center der NASA arbeitet. Er hat ein ausgezeichnetes Dokument mit dem Titel »Warp-Feldmechanik 101« verfasst.

Zugegebenermaßen sollte ich die Erklärung für viele Leser wohl dabei belassen. Dennoch gehe ich noch kurz auf fortgeschrittenere Themen ein.

Man beachte, dass Dr. Alcubierre im Titel die allgemeine Relativitätstheorie erwähnt, und zwar aus sehr spezifischen Gründen. Es gibt einen Unterschied zwischen der allgemeinen Relativitätstheorie und der speziellen Relativitätstheorie.

Bei der speziellen Relativität messen Beobachter von verschiedenen Referenzpunkten aus Masse und Geschwindigkeit unterschiedlich, denn Raum und Zeit dehnen sich so aus und ziehen sich so zusammen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum für alle Beobachter konstant ist.

Am besten lässt sich das anhand eines Beispiels erklären. Ich kann zum Beispiel eine Taschenlampe einschalten. Das Licht, das herausströmt, bewegt sich dann mit 300.000 Kilometern pro Sekunde, was normalerweise mit dem Symbol »c« bezeichnet wird. Wenn ich mich in einem Raumschiff befinde, das mit 0,5 c reist, und ich dieselbe Taschenlampe einschalte, reist das austretende Licht ebenfalls mit c.

Bestimmt kratzen sich jetzt einige am Kopf und stellen sich die folgende Frage: Stünde man auf der Erde und könnte das Licht aus dem Raumschiff vorbeirauschen sehen, würde sich das Licht dann nicht mit 1,5 c fortbewegen? Und wenn nicht, warum nicht?

Für die Person im Raumschiff scheint alles normal zu laufen, obwohl sich in Wirklichkeit Zeit und Raum um sie herum krümmen. Die Zeit vergeht für sie langsamer, und Entfernungen ziehen sich zusammen. So beobachten die Person im Raumschiff und die Person, die das Raumschiff beobachtet, beide etwas, das der speziellen Relativitätstheorie entspricht.

Ich lasse den Leser darüber kurz grübeln und entschuldige mich, wenn es verwirrend ist. Aber es ist wirklich ein kompliziertes Thema.

Die spezielle Relativitätstheorie ist jedoch eigentlich ein Teilbereich der allgemeinen Relativitätstheorie. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Raumzeit selbst. Die Raumzeit ist ein Modell, in dem Raum und Zeit miteinander verwoben sind, um die vier Dimensionen, die Raum und Zeit normalerweise einschließen würden, zu vereinfachen. Einstein hat dabei festgestellt, dass große Objekte eine Krümmung der Raumzeit verursachen, und diese Krümmung ist als Gravitation bekannt.

Jeder Vorschlag für Reisen mit beliebigen hohen Geschwindigkeiten müsste sich diese Krümmung der Raumzeit zunutze machen.

Der Warp-Ring macht das so wie die Arbeit von Dr. Alcubierre. Er basiert auf Ausdehnung und Kontraktion des Raums selbst und hüllt dabei ein Objekt in eine Art Blase. Das Objekt (zum Beispiel ein Raumschiff, die Erde oder dergleichen) bewegt sich nicht. Vielmehr bewegt sich der Raum um es herum.

Im Fall der vorliegenden Geschichte reitet die Erde auf dieser Krümmung wie ein Surfer auf einer Welle.

Ich würde vorschlagen, sich auch über die Inflationstheorie zu informieren. Das ist eine gute Hintergrundlektüre, wenn man mehr über Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit erfahren möchte.

Nebenbei möchte ich anmerken, dass Dinge wie die Zeitdilatation experimentell verifiziert wurden. Ich verweise dafür auf die Experimente des United States Naval Observatory von Hafele und Keating. Darin ist dokumentiert, was passierte, als vier unheimlich genaue Atomuhren synchronisiert wurden, bevor zwei davon um die Welt geflogen wurden, während die beiden anderen stationär blieben. Als man die Uhren wieder zusammenbrachte, hatte sich die Zeit der Uhren, die Düsenjetgeschwindigkeiten geflogen waren, geringfügig verschoben. Für sie war die Zeit geringfügig langsamer vergangen.

Die Erklärungen, die ich im Buch liefere, decken sich tatsächlich mit dem Konzept des Warp-Antriebs von Dr. Alcubierre.

Was uns dazu noch fehlt, sind eine (unvorstellbar) große Menge Energie und die nach wie vor nur theoretische negativen Masse.

Stünde uns beides zur Verfügung, wäre die Möglichkeit denkbar, ein Objekt (ein Raumschiff, die Erde oder dergleichen) in eine Art Blase zu hüllen. Diese Blase wäre von der Schwerkraft isoliert, und wenn sich die Blase bewegt, spürt der Inhalt die Bewegung nicht.

Irgendwie cool, oder? Ich hoffe darauf, dass Dr. Holmes bald geboren wird, die Ärmel hochkrempelt und es uns ermöglicht.

Weltraumaufzug:

Über Weltraumaufzüge wird seit geraumer Zeit im Bereich der Science-Fiction geschrieben, dabei sind sie gar nicht mehr so fiktiv.

Zunächst mal: Was ist ein Weltraumaufzug?

Einfach ausgedrückt: Stellen wir uns vor, man bringt ein Objekt so hoch in den Weltraum, dass es eine geosynchrone Umlaufbahn beibehält. Das machen wir ständig, wenn wir Satelliten starten. Ein solches Objekt könnte als Anker für eine Art Aufzug dienen.

Stellen wir uns weiter vor, man würde ein Seil aus dieser Höhe nach unten lassen und es festbinden, wo auch immer es auf der Erde landet. Dann wäre denkbar, etwas zu bauen, das sich an dem Seil auf und ab bewegt und Objekte mühelos in den Weltraum befördert.

Wozu?

Nun, mit der heutigen Technologie ist es überaus aufwändig, etwas in den Weltraum zu transportieren. Wenn es auf der Erde eine Vielzahl von Weltraumaufzügen gäbe, wäre ohne Weiteres vorstellbar, große Objekte (zum Beispiel Raumschiffe?) im Weltraum zusammenzubauen.

Wo liegt dann das Problem? Tun wir es!

Tja, das Problem war schon immer – und ist es weitgehend noch –, ein Material zu finden, aus dem man ein solches hypothetisches Seil herstellen könnte.

Ich greife für Erklärungen gern auf Beispiele zurück, so auch in diesem Fall.

Für eine geosynchrone Umlaufbahn muss man ungefähr 35.200 Kilometer über die Erde. Das ist die Höhe, in der die Schwerkraft, die einen nach unten zieht, und die Zentrifugalkraft, die einen wegschleudern möchte, praktisch gleich groß sind.

Das heißt, wir brauchen ein Seil, das mindestens 35.200 Kilometer lang ist. Wie viel wiegt so etwas?

Ich ziehe als Beispiel das leichteste Kletterseil heran, das ich finden konnte. Dieses Seil wiegt 48 Gramm pro Meter und hat eine ziemlich beeindruckende Tragfähigkeit von 753 Kilogramm.

Wie viel also wiegen die 35.200 Kilometer dieses Seils?

Mit meinem praktischen Taschenrechner in der Hand stellt sich heraus, dass es 1.699.467 Kilogramm sind, allein für das Seil. Im Wesentlichen bedeutet das, dieses Seil wäre nicht einmal stark genug, um sich selbst zu halten, geschweige denn irgendeine Nutzlast.

Das veranschaulicht das größte Problem, mit dem Weltraumaufzüge bisher konfrontiert waren: Woraus soll man sie herstellen?

In dieser Geschichte bringe ich recht ausführlich Graphen zur Sprache. Ich überlasse es dem interessierten Leser, mehr über Graphen und dessen Eigenschaften zu lesen. Sagen wir einfach, wenn die Massenproduktion von Graphen möglich wäre (was keineswegs unmöglich ist), dann würde etwas wie ein Weltraumaufzug durchaus praktikabel.

Festhalten möchte ich außerdem, dass Graphen erstaunliche physikalische Eigenschaften wie eine elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt, die jene vieler bekannter Leitertypen bei Weitem übertrifft.