Die Raumfahrt entwickelt sich stetig weiter, um immer fernere Sterne und Planeten bereisen zu können. Gerade in Zeiten, in denen sich Wissenschaftler schon Gedanken um die Umsiedlung der Menschheit auf andere Planeten machen, stellt sich folglich die Frage nach einem geeigneten Antrieb. Denn mit der heutigen Technik ist es nicht möglich, Exoplaneten, die mitunter Lichtjahre entfernt sind, zu erreichen.
Eine aus Science-Fiction Filmen bekannte Antriebsmöglichkeit stellt der Warp-Antrieb dar, zu dessen Funktion allerding negative Masse benötigt werden würde. Kürzlich haben Forscher der Washington State University (nachfolgend WSU) in einem Bose-Einstein-Kondensat (nachfolgend BEK) eben solche negative Masse hergestellt. Sie haben Rubidium-Atome bis auf Bruchteile vor dem absoluten Nullpunkt von -273,15°C oder 0 K heruntergekühlt, wodurch sich die Atome wie eine Welle verhalten. Nach zweiseitiger Bestrahlung durch Laser verhielten sich die Atome wie negative Masse, der Gravitation entgegen. Vielleicht ist der Warp-Antrieb doch nicht nur Science-Fiction, sondern wird in Zukunft zur Realität.
Einen anderen theoretischen Ansatz könnte die Forschung an Bose-Einstein-Kondensaten im Bereich der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein hervorbringen. Aktuell ist eine unbemannte Raumfahrtmission in Planung, in der die Fallgeschwindigkeit von BEKs verschiedener Elemente im Vakuum verglichen werden soll. Nach dem Äquivalenzprinzip, welches einen Teil der allgemeinen Relativitätstheorie ausmacht, müssten beide Atomwolken mit identischer Geschwindigkeit fallen. Wäre dem nicht so, würde dieses Experiment zumindest einen Teil der Arbeit Einsteins widerlegen und somit schlussfolgernd die Korrektheit an sich in Frage stellen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Historie
- Laserkühlung
- Evaporative Kühlung
- Warp-Antrieb
- Spezielle Relativitätstheorie
- Äquivalenzprinzip
- Interview mit Dr. Stephan Seidel
- Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Facharbeit befasst sich mit der Forschung an Bose-Einstein-Kondensaten (BEKs) und deren potenziellen Auswirkungen auf die Raumfahrt, insbesondere im Hinblick auf den Warp-Antrieb und die Validierung des Äquivalenzprinzips der allgemeinen Relativitätstheorie.
- Herstellung von negativem Masse in einem Bose-Einstein-Kondensat
- Potenzial von BEKs für die Entwicklung eines Warp-Antriebs
- Das Äquivalenzprinzip der allgemeinen Relativitätstheorie
- Experimente mit BEKs im Weltraum zur Überprüfung des Äquivalenzprinzips
- Bedeutung der Forschung an BEKs für verschiedene wissenschaftliche Gebiete
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Die Einleitung gibt einen Überblick über die Bedeutung der Raumfahrtforschung und stellt den Warp-Antrieb als potenziellen Antrieb der Zukunft vor. Die Herstellung von negativer Masse in einem Bose-Einstein-Kondensat wird als wichtiger Fortschritt in dieser Hinsicht dargestellt.
- Historie: Dieses Kapitel beleuchtet die historische Entwicklung der Tieftemperaturforschung, beginnend mit Kamerlingh Onnes' Entdeckung flüssigen Heliums und der Supraleitung bis hin zu Einsteins Vorhersage des Bose-Einstein-Kondensats.
- Laserkühlung: Die Entwicklung des Laserkühlverfahrens, das für die Abkühlung von Gasen auf die für die Entstehung eines BEKs notwendigen Temperaturen im Nano-Kelvin-Bereich essentiell ist, wird erläutert. Der Nobelpreis für Physik 1997 für die experimentelle Anwendung des Verfahrens wird erwähnt.
- Evaporative Kühlung: Dieses Kapitel beschreibt das Verfahren der evaporativen Kühlung, das ebenfalls für die Entstehung von BEKs unerlässlich ist und 2001 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.
- Warp-Antrieb: Die Funktionsweise des Warp-Antriebs wird erläutert und die Bedeutung negativer Masse für dessen Realisierung hervorgehoben. Aktuelle Forschungsergebnisse zur Herstellung von negativer Masse in BEKs werden vorgestellt.
- Spezielle Relativitätstheorie: Die Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie, insbesondere Einsteins Äquivalenzprinzip, werden erläutert.
- Äquivalenzprinzip: Das Äquivalenzprinzip und seine experimentelle Überprüfung durch den Vergleich der Fallgeschwindigkeit von BEKs verschiedener Elemente im Vakuum werden behandelt.
Schlüsselwörter
Bose-Einstein-Kondensat, negative Masse, Warp-Antrieb, Raumfahrt, allgemeine Relativitätstheorie, Äquivalenzprinzip, Tieftemperaturforschung, Laserkühlung, evaporative Kühlung, Supraleitung, Suprafluidität, Interview, Dr. Stephan Seidel
Häufig gestellte Fragen
Was hat negative Masse mit dem Warp-Antrieb zu tun?
Theoretisch benötigt ein Warp-Antrieb negative Masse, um den Raum zu krümmen. Forscher haben diese nun erstmals in einem Bose-Einstein-Kondensat (BEK) künstlich erzeugt.
Wie wird negative Masse im Labor hergestellt?
Rubidium-Atome werden mittels Laser- und evaporativer Kühlung fast bis zum absoluten Nullpunkt abgekühlt. Durch zweiseitige Laserbestrahlung verhalten sie sich dann wie negative Masse.
Was ist ein Bose-Einstein-Kondensat (BEK)?
Es ist ein Materiezustand bei extrem tiefen Temperaturen, in dem sich Atome nicht mehr als Einzelteilchen, sondern wie eine einzige große Materiewelle verhalten.
Wie wird Einsteins Relativitätstheorie mit BEKs überprüft?
In Weltraummissionen soll die Fallgeschwindigkeit von BEKs verschiedener Elemente verglichen werden. Nach dem Äquivalenzprinzip müssen sie exakt gleich schnell fallen.
Können wir bald mit Warp-Antrieb reisen?
Obwohl die Herstellung negativer Masse ein Durchbruch ist, bleibt der Warp-Antrieb vorerst theoretisch. Die Forschung an BEKs bringt die Realisierung jedoch einen Schritt näher.
- Arbeit zitieren
- Nico Schmitt (Autor:in), 2017, Negative Masse im Bose-Einstein-Kondensat. Rückt der Warp-Antrieb näher?, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/416957
