__ _____________________________
(__| FAQ: D E R W A R P A N T R I E B |________________ 11108.03 ___)
Diese FAQ widmet sich dem Warpantrieb, seiner Realisation und seiner
Funktionsweise sowie den unterschiedlichen Warpskalen, Geschwindig-
keitstabellen und Formeln sowie *moeglicher* technischer und wissen-
schaftlicher Hintergruende. Diese sind meist reine Spekulation, d.h.
sie geben nur meine persoenliche Meinung wieder. Die anderen Infos
sind (meistens) quasi-canon, z.B. Diagramme und Zahlenwerte aus dem
"Technical Manual". Es ist nicht alles auf meinem Mist gewachsen, ich
habe mir auch Anregungen von Joshua Bell's Mini-FAQ[1] geholt.
Achtung: Ihr solltet einen fixed font eingestellt haben, um die
Abbildungen und Formeln ordentlich darstellen zu koennen.
__ _________________________________________________________________
(__||_ 0. Vereinbarungen _____________________________________________)
v ... Geschwindigkeit
c ... Lichtgeschwindigkeit
W ... Warpfaktor
Cochrane ... Masseinheit der Subraumfeldstaerke
(n Cochrane entsprechen n-facher Lichtgeschwindigkeit)
Angstroem ... Laengeneinheit (10^-10 m)
MJ ... Mega-Joule (Masseinheit der Energie)
oo ... Unendlich
__ _________________________________________________________________
(__||_ 1. In Theory __________________________________________________)
Der Schluessel zur Erfindung des Warpantriebs lag in der Vorstellung,
viele Lagen von Warpfeldenergie so uebereinanderzuschichten, dass je-
de Schicht eine kontrollierte Kraftmenge gegen ihren naechsten Nach-
barn einsetzt. Der kumulative Effekt der angewandten Kraft treibt das
Schiff vorwaerts und wird als Asymmetrische Peristaltik-Feldmanipula-
tion (APFM) bezeichnet.
Die Warpfeldspulen in den Triebwerksgondeln werden aufeinanderfolgend
von vorne nach hinten gezuendet. Die Zuendfrequenz bestimmt die An-
zahl (bzw. die Dichte) der Feldschichten, wobei eine groessere Anzahl
von Schichten pro Zeiteinheit in den hoeheren Warpfaktoren notwendig
ist. Jede neue Feldschicht breitet sich von den Gondeln ausgehend
nach aussen aus und erfaehrt dann eine schnelle Energiekopplung und
-entkopplung in verschiedenen Entfernungen von den Gondeln, wobei sie
gleichzeitig mit Geschwindigkeiten von 0,5c bis 0,9c Energie zur vo-
rigen Schicht transferiert und von ihr trennt. Dies liegt innerhalb
der traditionellen Physik und umgeht dabei wirksam die Grenzen der
allgemeinen, speziellen und transformativen Relativitaet.
Waehrend der Energiekopplung vollzieht die ausgestrahlte Energie die
notwendige Transition in den Subraum und uebt so einen deutlichen
Massenreduktionseffekt auf das Raumschiff aus. Dies ermoeglicht es
dem Raumschiff, durch die aufeinanderfolgenden Schichten der Warp-
feldenergie zu schluepfen. Wenn die Warpfeldstaerke 1000 Millicoch-
rane erreicht, scheint das Schiff in weniger als Planckzeit
(1,3*10^-43 s) ueber die Grenze der Lichtgeschwindigkeit getrieben zu
werden, wobei die Warpphysik sicherstellt, dass das Schiff nie genau
Lichtgeschwindigkeit hat.
(leicht gekuerzt und ueberarbeitet aus dem "Technical Manual")
Wenn die tatsaechlich reduzierte Groesse M^2 ist, dann liesse sich
mit einer weiteren "Massenreduktion" sogar die Ueberlichtgeschwindig-
keit erklaeren - M^2 < 0 fuehrt gerade zu Tachyon-Gleichungen (Ta-
chyonen sind Teilchen, die mit Ueberlichtgeschwindigkeit fliegen).
Bei einer Subraumfeldstaerke von weniger als 1 Cochrane ist die Masse
noch groesser 0, aber schon reduziert; das Schiff ist also einfach
leichter, sonst aendert sich aber nichts.
(aus de.rec.sf.startrek.technologie, Autor unbekannt - bitte melden)
Das erzeugte Warpfeld besitzt etwa folgende Subraum-Geometrie:
/ ___,-------,____
| __/ \_
/ _/ \
| / \
/ / __,--------,___ \
| | _/ \ \
_______________ | / / \ \
'-------,____ / | / \ \
\ |/ /__,----------,_ \ |
____,------------------,_____\|| // \ \ |
___________________________\//// __________ \ | |
/ ___________________\/// __/ \ \ | |
| / ____________\//_/__,--------, \ \ | |
| | / _________\/// ,------, \ \ | | |
| | / / _____\/_ / \ \ \ | | |
\ | / / (________> / \ \ | | | |
\ \ | / | \_____/ | \ | | | |
__\______\____\__|_______| / / | '--/\ |_|_|__|____|______|__
: : : : | \ ___\_| ,--\/ | : : : : :
: : : : _|__/___ \ | : : : : :
: : : : (________> \ / : : : : :
100% 10 1 0,1 : \ / 0,1 1 10 100% 10
: : : : : '------' : : : : :
: : : : : Relatives Felddifferential bei
: : : : : 1000 Millicochrane (in %)
: : : : : : : : : :
: : : : : : : : : :
: : : : : _______ : : :
: : : : : _,-----' : '----,__ :
: : : : : _,-' ___________ : : \_ :
: ______________________ :/__,---' '-,__ : \_ :
__,---' ______________\:/__,------------,__ :\_ : \ :
_,--' _____________\:/ _______________ \_ : \ : \ :
_,-' _,'_____________\/_/______________ \_ \_ \: \:
,-' ,-' / ,-----------\/-'___,===++==,__'-,\ \ \ |
--|------|----|--|-----oooooooo_/====,_____,===' | |--|----|------|--
\ \ \ \_ /_____ /,-========'-' _/ _,-' __,-'
\_ '-, \_ '--------,__'==='_/ \=,========'---'-----'
'-,_ '-, '------,____ '---' _/ \ '--,_'--,____
'-,_ '--,_____ '-------' __,-' / \
'-,___ '------------' __/ _/
'---,_________________,---' __,-'
--'
Und noch eine Theorie vom Subraum (mit freundlicher Genehmigung von
Gregor Scholten ):
"Aus der Kombination der Quantenmechanik mit der allg. Relativitaets-
theorie ergibt sich, dass sozusagen der Raum quantisiert ist. Wenn
naemlich die Wellenlaenge eines Teilchens die Plancksche Laenge l_P
von etwa 10^(-33) cm unterschreitet, dann wird gemaess der Planck-
schen Formel E=h*f die Energie und damit die Masse des Teilchens so
gross, dass der Schwarzschildradius der Teilchenmasse groesser als
die Plancksche Laenge wird. Deswegen ist es im Rahmen der Quantenme-
chanik und Relativitaetstheorie nicht moeglich, kleinere Abstaende
als die Plancksche Laenge zu betrachten. Das Plancksche Volumen, also
(l_P)^3=10^(-99) cm^3, stellt daher eine Art Raumquant dar. Der Sub-
raum laesst sich nun als etwas auffassen, das unterhalb dieser
Groessenordnung angesiedelt ist, aehnlich wie das Subatomare unter
der Groessenordnung des Atomaren, und das daher kein Raum im her-
koemmlichen Sinne mehr ist. Zur Beschreibung dieses Subraumes reicht
dann die konventionelle Physik (QM und RT) nicht mehr aus, und es ist
eine neue Physik erforderlich, eben die Subraumphysik."
In Anbetracht der Tatsache, dass die Plancksche Laenge auch im TM an-
gesprochen wird, halte ich diese Theorie fuer die wahrscheinlichste.
__ _________________________________________________________________
(__||_ 2. Technische Realisierung in der Galaxy-Klasse _______________)
Ausgehend von den Vorratsbehaeltern, wo Deuterium (schwerer Wasser-
stoff) und sein entsprechendes Antimaterie-Gegenstueck gelagert wer-
den, gelangen diese in die jeweiligen Reaktant-Injektoren, von wo aus
sie ueber magnetische Querschnittsverengersegmente in die Materie-
Antimaterie-Reaktionskammer eingebracht werden. Dort reagieren sie
miteinander 20 Angstroem ueber der Oberflaeche der Dilithiumkristal-
le. Der resultierende Plasmastrom, der dadurch entsteht, dass wegen
des Mischungsverhaeltnisses nicht alle Materie bzw. Antimaterie in
Energie umgewandelt wird, wird ueber Energietransferleitungen zu den
Warpfeldgeneratorspulen in den Warpgondeln geleitet. An den EPS-Zapf-
stellen kann vorher aber noch Energie in die EPS-Energieverteilung
abgezapft werden, die die Energieversorgung des Schiffes gewaehr-
leistet.
Das Materie-Antimaterie-Mischungsverhaeltnis betraegt im Ruhezustand
25:1, bei Warp 1 10:1 und steigt bis Warp 8 auf 1:1 an. Darueber
hinaus bleibt das Verhaeltnis bei 1:1, aber die zugefuehrte Menge des
Reaktants erhoeht sich.
(In der TNG-Episode "Pruefungen" sagt Wesley Crusher allerdings, dass
das Mischungsverhaeltnis immer 1:1 ist - wo kommt dann aber das Plas-
ma her, wenn saemtliche Materie und Antimaterie reagiert?)
In den Warpgondeln befindet sich ein Plasma-Injektionssystem, das die
Spulen einer Folge von Energieentladungen aussetzt, wodurch das Warp-
feld erzeugt wird. Bei Warpfaktor 1-4 arbeiten die Injektoren mit
niedrigen Frequenzen (30-40 Hz) und bleiben nur fuer kurze Zeit offen
(25-30 ns). Bei Warpfaktor 5-7 wird die Frequenz auf 40-50 Hz erhoeht
und die Oeffnungszeit steigt auf 30-40 ns an, waehrend die Befeue-
rungsfrequenz bei hoeheren Faktoren auf 50 Hz steigt.
Die Warpfeldspulen generieren nun ein intensives, vielschichtiges
Feld, das das Raumschiff umgibt. Die Manipulation der Form dieses
Felds ist fuer den Antriebseffekt bei Lichtgeschwindigkeit und darue-
ber hinaus verantwortlich. Das Verterium-Kortenid innerhalb eines
Spulenpaars bewirkt, wenn es mit Energie versorgt ist, eine Verschie-
bung der vom Plasma getragenen Energiefrequenzen tief in die Subraum-
domaene hinein. Die Quantenpakete der Subraum-Feldenergie bilden sich
ungefaehr auf 1/3 der Strecke zwischen der inneren und der aeusseren
Oberflaeche der Spule, da das Verterium-Kortenid Veraenderungen in
der Raumgeometrie um 3,9*10^-33 cm auf der Planckschen Skala hervor-
ruft. Die umgewandelte Feldenergie durchbricht die aeussere Oberflae-
che der Spule und strahlt von der Gondel aus. Eine bestimmte Menge
von Feldenergie-Rekombination tritt im Zentrum der Spule auf und er-
scheint als sichtbarer Lichtausstoss.
__ _________________________________________________________________
(__||_ 3. Die Warpskalen _____________________________________________)
3.1. Die Zeit vor TOS
---------------------
Als die ersten erfolgreichen Warpfluege unternommen wurden, stellte
man fest, dass Warp 1 genau der Lichtgeschwindigkeit entsprach. Also
zog man den Schluss, dass Warp 2 = 2c, Warp 3 = 3c usw. seien. Man
hatte damals noch keine Moeglichkeit, das experimentell nachzuweisen,
und wahrscheinlich war die Theorie auch noch nicht so ausgereift.
3.2. Die TOS-Warpskala
----------------------
Spaeter entdeckte man, dass bei bestimmten Geschwindigkeiten der
Energieverbrauch geringer war als bei anderen. Die Energiekurve stieg
an, sackte ploetzlich ab, stieg wieder an, sackte wieder ab, aller-
dings nicht so weit wie vorher, stieg wieder an usw. Man definierte
die Warpskala um, so dass die ganzzahligen Warpwerte genau bei diesen
Stellen minimaler Energie lagen und erhielt etwa folgende Kurve:
Energieverbrauch in MJ/Cochrane
|
| , /
10^9 + , /|__/`--'
| , /| _/`--'
| , _/| _/|__/ `-'
10^6 + | /|_/ `-'
| | _/|__/
| , /|_/
10^3 + /| /
| / |_/
:/
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+-->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Warpfaktor
Die Energie, die notwendig war, um einen ganzzahligen Warpfaktor zu
halten, war also wesentlich geringer, als die fuer das Erreichen des
Warpfaktors noetige Energie. Ab etwa Warp 5 waren keine genauen Er-
gebnisse bekannt, aber schon bald zeigte sich, dass die Extrapolation
der Kurve nicht so ganz stimmte; es dauerte jedoch noch einige Zeit,
ehe sich eine erneute Anpassung durchsetzte (siehe TNG-Warpskala).
Die Ursache fuer die Energiespruenge ist vermutlich in der Existenz
von so genannten Subraumniveaus zu suchen. Nach einer Theorie von
Marcus Haas[3] ist der Subraum in verschiedene Niveaus gequantelt. Um
tiefer liegende Niveaus zu erreichen, ist immer mehr Energie notwen-
dig, die analog zu Elektronen in einem Transistor, die sich Energie
borgen, um nichtleitende Schichten zu durchdringen, zur Verfügung ge-
stellt werden muss. Je tiefere Niveaus man erreicht, desto höhere Ge-
schwindigkeiten sind möglich. Bis zum Erreichen des nächstniedrigeren
Niveaus steigt der Energieverbrauch exponentiell an, um dann wieder
stark abzufallen, da wieder ein stabiler Zustand erreicht ist.
(Man kann sich das auch an einem Schaltgetriebe in einem Auto veran-
schaulichen.)
Durch die Neueinteilung mussten natuerlich auch die Geschwindigkeits-
werte angepasst werden, wodurch man auf die Formel
3
v = W * c
kam, was folgender Tabelle entspricht:
W | 0 1 2 3 ... 8 9 10 ... 14.1 .... oo
-----+-----------------------------------------------------------
v/c | 0 1 8 27 ... 512 729 1000 ... 2803.221 .... oo
3.3. Die TNG-Warpskala
----------------------
Als man immer hoehere Geschwindigkeiten erreichte, stellte man fest,
dass auch diese Warpskala nur die halbe Wahrheit wiedergab. Man ent-
deckte naemlich, dass es nur 9 solcher Zustaende minimaler Energie,
nach der Theorie von Marcus Haas[3] also nur genau 9 Subraumniveaus,
gab. Wenn man diese Stellen nicht genau traf (und genau das passierte
nach der alten TOS-Skala bei hohen Geschwindigkeiten), flog man sehr
ineffizient in Bezug auf den Energieverbrauch. Die Warpskala musste
also erneut angepasst werden. Die Kurve wurde etwas nach oben korri-
giert, und der Bereich von TOS-Warp 9 bis Warp oo wurde auf Warp 9
bis Warp 10 auf der neuen Skala "zusammengeschoben". Daraus resul-
tierte aber auch, dass bei Warp 10 ein unendlich hoher Energiever-
brauch eintreten wuerde, so dass Warp 10 nie erreicht werden koennte
(Eugenes Grenzwert).
Kurioserweise ergab sich durch dieses "Zusammenschieben" der Energie-
kurve (und damit ebenso der Geschwindigkeitskurve) aber auch, dass
Warp 10 einer unendlichen Geschwindigkeit entsprechen wuerde, weshalb
man diese Grenze ohnehin nicht ueberqueren koenne.
Die neue Energiekurve saehe (lt. Technical Manual) dann etwa so aus:
Energieverbrauch in MJ/Cochrane |'
| / '
| / '
10^9 + , /|/ '
| , /| _/`--' '
| , _/| _/|__/ `-' '
10^6 + | /|_/ `-' '
| | _/|__/ '
| , /|_/ '
10^3 + /| / '
| / |_/ '
:/ '
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+-->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Warpfaktor
Die neue Geschwindigkeitsformel, die durch das erneute Anpassen ent-
stand, lautet in etwa:
n
10/3 + u(W) * A * (-ln(10-W))
v = W
mit / oder besser /
| 0 fuer W <= 9 | 0 fuer W <= 9
u(W) = < u(W) = <
| 1 fuer W > 9 | e^(-1/(b*(W-9)^2)) fuer W > 9
\ \
und
A = 0.03684678, n = 1.791275, b = const.
Und die daraus folgende Geschwindigkeitstabelle:
W | 0 1 2 3 ... 8 9 9.2 9.6 9.9 9.99 9.9999 10
-----+-------------------------------------------------------------
v/c | 0 1 10 39 .. 1024 1516 1649 1909 3053 7912 199516 oo
(Die tatsaechlichen Werte weichen etwas von der Formel ab, was sich
aber leicht durch ihre Abhaengigkeit von interstellaren Bedingungen,
z.B. Gasdichte, elektromagnetischen Feldern und Subraumanomalien er-
klaeren laesst.)
Weitere Formeln lauten:
v = W^(10/3) + (10-W)^(-11/3)
v = W^(10/3) + (1 / (10^5-W^5))
v = W^(10/3) / (1 - (W/10)^(91,28 / (10-W)^0,27))
Warp 10 ist also keine Geschwindigkeitsbarriere (da v=oo), sondern
eine Energiebarriere. Darum kann Warp 10 auch nicht ueberschritten
werden!
3.4. Warp 13 in "Gestern, heute, morgen"
----------------------------------------
Wieso also jetzt Warp 13? Das laesst sich durch zwei Moeglichkeiten
erklaeren:
1) Man hat herausgefunden, dass nach dem Zustand minimaler Energie
bei Warp 9 noch mehr solcher Zustaende (mind. 4) existieren und
daraufhin die Warpskala erneut angepasst, d.h. den Bereich zwi-
schen Warp 9 und 10 "auseinandergezogen" auf Warp 9 bis 13+, so
dass die ganzzahligen Warpfaktoren wieder bei diesen Zustaenden
liegen, und meinetwegen Warp 14 jetzt obere Grenze ist.
2) Man hat den Antriebsmechanismus verbessert, so dass die neuen Zu-
staende erst dadurch entstanden sind (evtl. wurden aeltere Schiffe
deshalb mit einer 3. Warpgondel ausgestattet). Ansonsten siehe 1).
3.5. Transwarp und Warp 10
--------------------------
Und was ist dann Transwarp? Um das zu erklaeren, muss man erst einmal
zwischen dem Transwarp in Star Trek III und dem in Voyager's "Die
Schwelle" unterscheiden.
Prototyp auf der Excelsior (NX-2000):
Wahrscheinlich ein anderes Antriebssystem, das wesentlich mehr Zu-
staende minimalen Energieverbrauchs erzeugt, und dessen Energiekurve
generell unter der Warp-Energiekurve liegt, so dass Geschwindigkeiten
ueber TNG-Warp 9 wesentlich effizienter erreicht werden koennen, und
damit natuerlich auch hoehere Geschwindigkeiten als mit Warp. Dabei
wird allerdings die Warp-10-Grenze nicht ueberschritten! Waehrend die
Enterprise-D also bei Warp 9.5 schon maechtig zu tun hat, wuerde sie
mit Transwarp bei gleichem Energieausstoss meinetwegen eine Entspre-
chung von Warp 9.99 erreichen. Scheinbar ist man jedoch auf unueber-
windbare Schwierigkeiten gestossen, so dass das Transwarpprojekt ab-
gebrochen werden musste.
Shuttletest auf der Voyager (3 Moeglichkeiten):
1) Anscheinend basiert diese Antriebsform auf dem normalen Warp, je-
doch sorgen die neuen Dilithiumkristalle dafuer, dass die Energie-
kurve *nicht* gegen oo geht, aber die Geschwindigkeitskurve schon.
Man kann dann also mit endlicher Energie unendliche Geschwindig-
keit erreichen :-/
2) Es koennte auch sein, dass die beiden Transwarp-Formen ein und
dasselbe sind. Dann ist allerdings die Frage, warum die Geschwin-
digkeitsangaben in Warp erfolgten, und nicht in Transwarp-Faktoren
wie in Star Trek III (siehe Monitor der Excelsior). Ausserdem
muesste der Transwarpantrieb der Excelsior dann auch in der Lage
gewesen sein, Warp 10 zu erreichen! Jedenfalls wuerde das erklae-
ren, warum nach ST III das Transwarpprojekt abgebrochen wurde:
Es fehlten einfach die neuen Dilithiumkristalle.
3) Denkbar waere auch, dass die Warp-Energiekurve zwar gegen oo geht,
aber genau bei Warp 10 einen Sprung zurueck auf Null (oder zumin-
dest einen endlichen Wert) macht, und dass ab einem bestimmten
Warpfaktor W* quasi eine "Tunnelung" nach Warp 10 erfolgen kann,
wo dann keine (oder nur wenig) Energie notwendig ist, um diesen
Zustand zu halten. Das Problem waere also nur, W* zu erreichen,
was scheinbar durch die neuen Kristalle geloest worden ist:
Energieverbrauch in MJ/Cochrane
| ||
10^12 + ||
| Tunnelung --> ===
| /' |
10^9 + , /|/ ' |
| , /| _/`--' ' |
| , _/| _/|__/ `-' ' |
10^6 + | /|_/ `-' ' |
| | _/|__/ ' |
| , /|_/ ' |
10^3 + /| / ' |
| / |_/ ' |
:/ ' :
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+--+-+-->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 W* 10 Warpfaktor
Transwarpkanaele der Borg:
Die Borg haben offenbar die Moeglichkeit, mit Hilfe von Transwarpspu-
len Transwarpkanaele zu oeffnen, die eine wesentlich hoehere Fortbe-
wegungsgeschwindigkeit erlauben. Der U.S.S. Enterprise NCC-1701D ist
es gelungen, einem Borgschiff in so einen Kanal zu folgen, waehrend
es die U.S.S. Voyager NCC-74656 geschafft hat, eine Transwarpspule
von einem Borgschiff zu entwenden und selbst solch einen Kanal zu
schaffen.
__ _________________________________________________________________
(__||_ 4. Excursions Into Real Life __________________________________)
Q: Gibt es einen Unterschied zwischen Warp und Sol?
A: Nein. Die Bezeichnung Sol existiert nur in den vom ZDF gesendeten
Folgen der Classic-Serie und bedeutet "Speed Over Light". Im
Original ist schon immer von "Warp" die Rede, auch wenn zu Kirks
Zeiten eine andere Warpskala verwendet wurde.
Q: Gibt es ernsthafte Bemuehungen, so etwas Aehnliches wie den Warp-
antrieb zu realisieren?
A: Es sieht zumindest so aus, als ob man an alternativen Antriebsme-
thoden forscht. Naeheres dazu auf der "Break Through Propulsion
Physics"-Seite der NASA[4].
__ _________________________________________________________________
(__||_ 5. Weitere Infos ______________________________________________)
Ausfuehrlichere Infos gibt es auf folgenden Seiten:
[1] http://www.calormen.com/star_trek/
[2] http://www.physicsguy.com/physandtrek/
[3] http://wissenschaft.marcus-haas.de/sonstiges/subraum.html
[4] http://www.lerc.nasa.gov/WWW/bpp/ (alt)
Diese FAQ ist auch zu erreichen unter:
http://www.uss-defiant.de/startrek/warp.htm
__ _________________________________________________________________
(__||_ END TRANSMISSION ______________________________________________)
|
