Fiktiver Trip zu den Sternen

In den SF-Kosmen wird die Kluft zwischen Science und Fiction besonders bei den Transport-, Kommunikations- und Informationsproblemen deutlich

Wenn Science-Fiction-Autoren die Realität ganz ausschalten und beispielsweise im Rahmen einer Space Opera ein hypothetisches Szenario einer fremden Welt, eines fremden Kosmos einer andersgearteten Zivilisation beschreiben, überspielen sie bewusst die sozialen, technischen, wissenschaftlichen und politischen Probleme der Gegenwart. Was selbst für unsere nahe Zukunft noch wohlklingende Zukunftsmusik ist, bestimmt in vielen SF-Kosmen den Alltag. Hier kommunizieren und reisen die Protagonisten "überlichtschnell", arbeiten die Computer in der Regel "hyperschnell" und ohne Informationsverlust - versteht sich. Fiktion und Realität gehen vor allem in Bezug auf die Transport-, Kommunikations- und Informationsprobleme oft getrennte Wege: Die Kluft zwischen Science und Fiction wird so unüberwindbar.

Es liegt in der literarischen Natur der naturwissenschaftlichen Sache. In belletristischen Romanen, die auf der Erde spielen, muss sich niemand über den Ursprung der Erde und ihrer Lebewesen Gedanken machen, auch nicht über den Transport und die Kommunikation der beteiligten Personen. Bei einer Science-Fiction-Geschichte hingegen sieht das ganz anders aus. Das Zusammentreffen von Lebewesen setzt etwas sehr Grundlegendes voraus: Beide Lebensformen müssen zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort sein, um sich überhaupt treffen zu können. Hier stellt sich dem Naturwissenschaftler die Frage, wie die Protagonisten ins All transportiert werden und wie sie untereinander bzw. mit ihren jeweiligen Heimatplaneten kommunizieren.

Schneller fliegen

Grund für diese Schwierigkeiten ist der Raum, in dem die meisten Science-Fiction-Geschichten spielen - der Weltraum. Er ist der Raum außerhalb der Erde, unvorstellbar leer und trotz der vielen Sterne sehr dunkel und über alle Maßen groß. Seine im wahrsten Sinne des Wortes unbegreifliche Größe ist eine ideale Projektionsfläche für unsere Erwartungen, Ängste und Visionen. "Da draußen ist (fast) alles möglich!" - dies ist das Credo jedes (guten) Science-Fiction-Autors.

Ist dieses Universum in punkto Größe endlich unendlich oder unendlich endlich? Bild: NASA

Welche Voraussetzungen sind aber mindestens zu erfüllen, damit es überhaupt zum Kontakt mit anderen Lebensformen im Kosmos kommt? Da wäre erst einmal die schon angesprochene enorme Größe des Universums. Der nächste Stern ist knapp vier Lichtjahre von der Erde entfernt. Ein Lichtjahr entspricht fast 9,5 Billionen Kilometern.

Mit der größten jemals von Astronauten erreichten Geschwindigkeit - die Apollo-Astronauten flogen mit 11 Kilometer pro Sekunde zum Mond - benötigt man für ein Lichtjahr über 28.000 Jahre Reisezeit. Wie sollen da Reisende innerhalb einer menschlichen Lebensspanne zu anderen Planetensystemen gelangen? Die einfache Antwort: Schneller fliegen - und zwar so schnell wie möglich!

Botschafter nach Epsilon Eridani

Aber wie schnell ist denn möglich? Wir würden aufgrund des heutigen Kenntnisstandes die Lichtgeschwindigkeit als absolute, nur asymptotisch erreichbare Grenze für Bewegungen von Materie anführen. Science-Fiction-Autoren, die sich dieser bis heute von keinem einzigen Experiment verletzten Grenze beugen, können das Transportproblem umgehen, indem sie ihre Besatzung mit Fast-Lichtgeschwindigkeit auf die Reise schicken. Auf der anderen Seite werfen sie aber zugleich ein anderes Problem auf: das Informationsproblem. Denn je schneller die Astronauten fliegen, umso langsamer vergeht bei ihnen die Zeit, relativ zu den Uhren auf ihrem jeweiligen Heimatplaneten. Die Reisenden werden zwar zu den Sternen gekommen sein, aber sie werden es niemandem zu Hause mehr erzählen können.

Epsilon Eridani - Gene Roddenberry (Star Trek) avancierte ihn zu Spocks Heimatstern. Bild: ESO

Je nach der Geschwindigkeit der Raumschiffe wird die von der Relativitätstheorie hieb- und stichfest nachgewiesene Zeitdilatation dazu führen, dass die Astronauten nach ihrer Heimkehr wirklich keiner mehr kennt. Die Ergebnisse der Relativitätstheorie gelten für alle Lebewesen im All. Für irdische Astronauten müssten uralte Chroniken befragt werden, wer denn diese Personen waren, die behaupten, vor 5000 Jahren als Botschafter der Erde zum Stern Epsilon Eridani geflogen zu sein.

Völlig auf sich allein gestellt

Aber auch von der Reise selbst würde man auf der Erde kaum etwas erfahren, denn die einzige Möglichkeit, mit den Astronauten während ihrer Reise zu kommunizieren, wäre mittels elektromagnetischer Strahlung. Allerdings können auch diese Wellen sich nur mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Eine Nachricht aus 50 Lichtjahren Entfernung ist 50 Jahre unterwegs. Das dauert viel zu lange, vor allem, wenn die Astronauten sofortige Hilfe brauchen, falls sie da draußen in Gefahr geraten.

Für die Crew von Apollo 13 war es einfach, die NASA-Zentrale in Houston um Hilfe zu bitten, als ihr Raumschiff durch einen explodierten Sauerstofftank so schwer beschädigt worden war, dass sie nur unter großer Lebensgefahr wieder lebend zurückkehren konnten. Die drei US-Astronauten waren weniger als eine Lichtsekunde von der Erde entfernt! Reisende zu anderen Planeten oder gar anderen Sternsystemen sind völlig auf sich allein gestellt. Das Problem von Transport und Information kann von den SF-Autoren also nur gelöst werden, wenn sie an den uns bekannten Naturgesetzen vorbei einen überdimensionalen Raum erfinden, in dem die Lichtschranke und ihre Konsequenzen nicht existieren. Und in der Tat: ohne den so genannten Hyperraum kommt eigentlich kaum eine Geschichte aus.

Der Hyperraum

Der Hyperraum ist grenzenlos, kennt keine Energieschranke, ist zeitlos und ohne jede größere Gefahr und Anstrengung zu durchqueren. Unser normaler Weltraum mit drei räumlichen Dimensionen und einer Zeitdimension reicht für die Science-Fiction-Welt bei weitem nicht aus. Deshalb bemühen die Autoren die allerneuesten Theorieansätze zur Quantengravitation, um das Konzept des Hyperraumes zu begründen. Sie meinen, diese Theoriefragmente würden ja bereits auf weitere Dimensionen hinweisen, ohne die die Physik gar nicht auskommt. So wird zum Beispiel die Stringtheorie, die mindestens 11 Dimensionen fordert, als Zeuge aufgerufen. Auch die im SF-Kosmos so hochgeschätzten Schwarzen Löcher werden gern als Eingangstor in diesen überdimensionalen Raum verwendet.

Kurzer Abstecher nach der Andromeda-Galaxie. Die Reise durchs Wurmloch macht es möglich . bislang aber nur im Science-Fiction-Universum. Bild: NASA

Zur Klarstellung: Die zusätzlichen Dimensionen der Stringtheorie sind nur auf allerwinzigsten quantenmechanischen Längenskalen wirksam (10 hoch -33cm)! Sie sind nicht dafür geeignet, irgendwelche nicht quantenmechanische, makroskopische, materielle Strukturen wie Raumschiffe oder Lebewesen durch das Weltall zu befördern. Die Welt der Strings kennt keine materiellen Teilchen und schon gar keine Lebewesen.

Kein Notausgang

Schwarze Löcher sind ebenso wenig geeignet für den Transport von Information oder Lebewesen, da sie aufgrund ihrer sehr hohen Schwerkraft jede Art von materieller Struktur zerstören. Für Raumschiffe ist ein Schwarzes Loch eben auch kein Fluchtweg oder Notausgang. Wenn es überhaupt einen Zugang zu einem Überraum gibt, dann liegt er außerhalb des Universums. Das Fatale an dieser Aussicht ist, dass der Überraum für uns in keinerlei kausaler Wechselwirkung steht und damit auch nie zugänglich sein kann. Möglicherweise benötigt die Kosmologie einen Hyperraum, um den Anfang des Kosmos in eine Art Theorie für alles zu betten.

Supermassive Schwarze Löcher hausen in den Kernen ferner Galaxien. Auch im Herzen der Milchstraße existiert ein solches Gebilde. Bild: NASA

Allerdings wäre eine solche Bedingung für uns nicht kausal begründbar und damit nicht überprüfbar. Überprüfbarkeit im Sinne einer Verifikation oder Falsifikation ist aber das unabdingbare Merkmal einer erfolgreichen naturwissenschaftlichen Theorie. Selbst eine einfach gestrickte SF-Geschichte muss Technologien voraussetzen, die erst in sehr weiter Zukunft, wenn überhaupt, zur Verfügung stehen.

HAL 9000

Ausschlaggebend für die Plausibilität erfundener Geschichten ist der Vergleich mit dem bereits Bekannten. Je mehr wir durch Satelliten und Sonden über die Eigenschaften des Weltraums erfahren, umso schärfer werden die Bedingungen für die Science-Fiction-Autoren. Während die großen Space Operas wie Star Wars oder Star Trekl überhaupt keinen Anspruch auf Plausibilität erheben und sich größtenteils jeder Erkenntnis über Naturgesetze und die damit zusammenhängenden Einschränkungen für Weltraumreisende verschließen, hat sich beispielsweise Arthur C. Clarke in seinen Romanen 2001 - Odyssee im Weltraum und "2010 - das Jahr, in dem wir Kontakt aufnahmen" sehr bemüht, sich nicht zu sehr von der naturwissenschaftlichen Gegenwart mit ihrem Erkenntnisstand zu entfernen.

Leider nur eine Künstlerportrait der Enterprise (TNG). Das Original befindet sich gerade auf Mission in der Nähe von Epsilon Eridani

Aber auch ein sehr plausibles Szenario wie in "2001", in dem der superintelligente Computer HAL 9000 die ganze Mission zum Scheitern bringt und sogar Astronauten tötet, wird durch neuere Ergebnisse zur Strahlungsintensität im Weltall zu Fall gebracht. Wir wissen heute, dass die empfindlichen Computer mit hochkomprimierten Schaltkreisen unter dem Einfluss der kosmischen Teilchenstrahlung viel zu störanfällig sind, um sie für die automatische Steuerung von Raumschiffen zu verwenden.

Computer mit Bleiwänden

Die Bilder von den großen Kommandozentralen der Raumschiffe, voll gepfropft mit hochentwickelten Computern und elektronischen Geräten, sind für die nahe Zukunft leider nur blanke Illusion. Schon der große Bildschirm auf der Brücke der Enterprise ist pures Wunschdenken. Die digitalen Schaltkreise hinter diesem Bildschirm sind viel zu anfällig für kosmische Strahlung. Nur durch Bleiwände könnte man die zentralen Computerkomponenten, jede noch so kleine elektronische Steuereinheit an Bord, vor den schnellen Teilchen der kosmischen Strahlung wirksam schützen. Das so entstandene sehr hohe Gewicht des Raumschiffes würde die Anforderungen an die Antriebstechnologien noch weiter verschärfen.

Farbenreicher Cluster (Bild von NGC 2467). Bild: ESO

Ganz generell können große Strukturen nicht mehr von Menschenhand kontrolliert werden, sie verlangen nach erstaunlich leistungsfähigen Computern mit gewaltiger Rechengeschwindigkeit. Das wiederum verlangt kürzere Informationswege, d.h. die Verdrahtung muss enorm komprimiert sein. Dringt ein schnelles Proton der überall im Weltraum vorkommenden kosmischen Strahlung in solche elektronischen Systeme ein, so hat es die gleichen zerstörerischen Wirkungen wie in bestimmten Strahlentherapien, nur sind diese dort gewollt.

Diese simplen Erkenntnisse bedeuten, dass die sich heute auf der Erde ablaufende immer weiter schreitende Verkleinerung von immer leistungsfähigeren elektronischen Geräten, Regelkreisen und Prozessketten nicht auf die Raumschiffe im Weltraum übertragen werden kann. Nanotechnologie, so wichtig sie für die Steuerung von komplexen technischen Kontrollprozessen auch sein mag, wird im Raum zwischen den Planeten und Sternen kaum zur Anwendung kommen. Es sei denn, man schützt solche Anlagen durch Bleiwände. Selbst einfachste mobile Telefone würden dort draußen schlichtweg kaputtgehen. Dass wir auf der Erde solche Probleme nicht haben, verdanken wir der Atmosphäre und dem Erdmagnetfeld, die als Schutzschirme fungieren.

Abschirmung für Raumschiffe

Wir leben auf dem Boden eines Luftmeeres und innerhalb eines über mehrere Zehntausend Kilometer in den Weltraum hineinragenden Magnetfeldes. Beide zusammen verhindern das Eindringen der Teilchen der kosmischen Strahlung, die einerseits von der Sonne auf die Erde trifft, andererseits aus dem interstellaren Raum kommt. Ein Raumschiff muss diese Art der Schutzschilde ebenfalls aufbauen, um einen vergleichbare Abschirmung zu erreichen. Das geht aber nicht. Weder sind Raumschiffe in der Lage, vergleichbar große und dichte Atmosphären um sich herum, noch dementsprechend großräumige Magnetfelder aufzubauen. Denn ein Magnetfeld hängt immer mit elektrischen Strömen zusammen. Ein räumlich sehr ausgedehntes Magnetfeld braucht deshalb ein räumlich sehr ausgedehntes Stromsystem.

Ferne Welten - unerreichbar für den Menschen des 21. Jahrhunderts. Für unsere Nachfahren des 29. Jahrhunderts aber vielleicht kein Problem mehr. Bild: ESO

Ein Raumschiff von der Größe eines Kilometers kann also nur ein Magnetfeld erzeugen, das höchstens ein paar Kilometer in den Raum hinausragt. Mehr geht nicht. Fakt ist: Je komplexer die Systeme werden, umso anfälliger sind sie. Dieses Grundgesetz der Prozesstechnik ist so unausweichlich wie die Naturgesetze. Ohne sehr aufwendige Schutzmaßnahmen kann man selbst heute bereits bekannte Technologien nicht im Weltraum nutzen. Möglicherweise ist die Technologie der 80er und 90er Jahre des 20. Jahrhunderts bereits das Maximum an Technik, die sich gerade noch ohne größere Störungen im All anwenden lässt. (Harald Lesch/Harald Zaun)

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