Man könnte sagen, dass Isaac Newtons Gravitationstheorie genau das tut: Sie stellt einen Zusammenhang zwischen der Masse eines Objekts und der von ihm ausgeübten Gravitationskraft her. Und du hättest Recht. Aber das Konzept der Raum-Zeit-Krümmung führt zu einer viel umfassenderen Palette von Phänomenen als einer einfachen Kraft. Es ermöglicht eine Art abstoßende Schwerkraft, die die Ausdehnung unseres Universums antreibt, eine Zeitdilatation um massive Objekte und Gravitationswellen in der Raumzeit erzeugt und – zumindest theoretisch – Verzerrungen ermöglicht.
Alcubierre ging sein Problem in der entgegengesetzten Richtung als üblich an. Er wusste, welche Art von Raum-Zeit-Krümmung er wollte. Es war ein Objekt, das in der Lage war, durch eine Region verzerrter Raumzeit zu surfen. Also arbeitete er rückwärts, um herauszufinden, welche Art von Materiekonfiguration erforderlich war, um dies zu erschaffen. Es handelte sich nicht um eine natürliche Lösung der Gleichungen, sondern um etwas „Maßgeschneidertes“. Es war jedoch nicht genau das, was er bestellt hätte. Er entdeckte, dass er exotische Materie, etwas mit negativer Energiedichte, brauchte, um den Raum genau richtig zu verzerren.
Physiker stehen Lösungen, die auf exotischer Materie basieren, im Allgemeinen skeptisch gegenüber, und das zu Recht. Wenn wir Materie mathematisch mit negativen Energien beschreiben können, scheint fast alles, was wir wissen, positive Energie zu haben. Aber in der Quantenphysik haben wir beobachtet, dass kleine, vorübergehende Verletzungen der Positivität der Energie auftreten können und daher das „Fehlen negativer Energie“ kein absolutes und grundlegendes Gesetz sein kann.
Von Warp-Motoren bis hin zu Wellen
Angesichts des Alcubierre-Modells der Raumzeit der Warpmaschine können wir beginnen, unsere ursprüngliche Frage zu beantworten: Wie würde ein Signal von ihm aussehen?
Einer der Eckpfeiler moderner Beobachtungen von Gravitationswellen und eine ihrer größten Errungenschaften ist die Fähigkeit, Wellenformen aus physikalischen Szenarien mithilfe eines Tools namens digitale Relativitätstheorie genau vorherzusagen.
Dieses Tool ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens, weil die Daten, die wir von Detektoren erhalten, immer noch sehr verrauscht sind, was bedeutet, dass wir oft ungefähr wissen müssen, wie ein Signal aussieht, um es aus dem Datenstrom zu extrahieren. Selbst wenn ein Signal so stark ist, dass es sich vom Rauschen abhebt, benötigen wir ein Modell, um es zu interpretieren. Mit anderen Worten: Wir müssen viele verschiedene Arten von Ereignissen modelliert haben, um das Signal seinem Typ zuordnen zu können; Andernfalls könnten wir versucht sein, es als Lärm abzutun oder es fälschlicherweise als Verschmelzung von Schwarzen Löchern zu bezeichnen.
Eines der Probleme mit der Warp-Raumzeit besteht darin, dass sie auf natürliche Weise keine Gravitationswellen erzeugt, es sei denn, sie startet oder stoppt. Unsere Idee war es, zu untersuchen, was passieren würde, wenn ein Warp-Motor abschaltet, insbesondere wenn etwas schief geht. Angenommen, das Eindämmungsfeld des Warp-Antriebs kollabiert (ein einfaches Science-Fiction-Szenario); Es würde wahrscheinlich zu einer explosionsartigen Freisetzung exotischer Materie und Gravitationswellen kommen. Dies ist etwas, was wir mithilfe der numerischen Relativitätstheorie simulieren können und auch getan haben.
Wir haben herausgefunden, dass der Zusammenbruch der Warp-Blase tatsächlich ein äußerst gewalttätiges Ereignis ist. Die enorme Energiemenge, die zur Krümmung der Raumzeit erforderlich ist, wird in Form von Gravitationswellen und Wellen positiver und negativer Materieenergie freigesetzt. Leider ist dies wahrscheinlich das Ende der Schiffsbesatzung, die durch die Gezeitenkräfte auseinandergerissen würde.