Warum das Raumschiff Enterprise nur 158 Kilo wiegt
Physik verständlich und unterhaltsam erklärt – nicht nur für Trekkies
Gast Autor*in |
Warp-Antrieb, erdähnliche Planeten und Quantenmechanik – was in Star Trek nach Science-Fiction klingt, ist gar nicht so abwegig, wie man denkt. Genau das zeigt Prof. Dr. Metin Tolan bei seiner faszinierenden Reise durch die Physik des Star-Trek-Universums im Nürnberger Planetarium.
„Der Weltraum, unendliche Weiten“: Mit diesen Worten voran flimmerte 1972 ein popkulturelles Phänomen auf den Fernsehbildschirmen in Deutschland, das seitdem auf der ganzen Welt Menschen begeistert: Star Trek. Das Science-Fiction-Universum aus der Feder von Gene Roddenberry umfasst aktuell elf verschiedene Serien und 13 Filme. Metin Tolan ist nicht nur Fan des Science-Fiction-Franchise, sondern es hat auch seine Liebe zur Physik entfacht. „Wenn man sich die physikalischen Zusammenhänge anschaut, dann ist Star Trek einfach richtig gut gemacht“, erklärt er.
Man müsse kein Star-Trek-Fan sein, um seinem Vortrag folgen zu können, beteuert Tolan. Mit Szenen aus verschiedenen Star-Trek-Filmen und -Serien untermalt, erklärt er zum Beispiel, wie wir herausfinden können, ob es Leben im Universum gibt. „Da kann mir keiner erzählen, dass ihn diese Frage nicht interessiert.“
Im Vortrag spricht er nur Dinge an, die auf Naturgesetzen basieren. Er beschäftigt sich zum Beispiel damit, was wir heute schon über die Entwicklung des Lebens im Universum wissen. Was sind die Voraussetzungen für Leben auf einem Planeten – und sind diese auch außerhalb der Erde gegeben? In Star Trek werden konkrete Parameter dafür angegeben, ab wann ein Planet von Menschen oder ähnlichen Lebensformen bewohnbar ist. Sie werden als Planeten der Klasse M bezeichnet. Die Voraussetzungen sind eine Atmosphäre aus Sauerstoff und Stickstoff und sollten in der Nähe eines stabilen Sterns, also einer Art Sonne liegen. Außerdem braucht der Planet fruchtbaren Boden, eine angemessene Gravitation und entsprechende klimatische Bedingungen.
„Wir sind mit unseren heutigen Messmethoden vielleicht gar nicht mehr so weit davon entfernt, Leben in unserem Universum nachzuweisen“, sagt der Physiker. Wie viele solcher Planeten es im Universum geben könnte, zeigt er in seinem Vortrag. Vieles in den Science-Fiction-Serien ist wissenschaftlich erstaunlich exakt, obwohl die originale Star-Trek-Serie in den USA bereits 1966 startete.
Metin Tolan selbst wurde 1965 geboren - als Sohn eines türkischen Gastarbeiters und einer deutschen Mutter. Eine seiner frühesten Kindheitserinnerungen, die Mondlandung 1969, hat sein Interesse am Weltraum geweckt. „Wir Kinder mussten in der Nacht aufstehen und auf einem verschneiten Fernsehbildschirm der Nachbarn die Mondlandung anschauen, weil wir zuhause keinen eigenen Fernseher hatten“, erinnert er sich. Nach seinem Abitur studierte Metin Tolan an der Christian-Albrechts- Universität Kiel Physik und Mathematik und promovierte 1993. Von 2001 bis 2021 war er Professor für Experimentelle Physik an der Technischen Universität Dortmund, 2021 bis 2024 Präsident der Universität Göttingen.
„Star Trek ist vor allem deswegen für mich als Physiker interessant, weil in der Serie und den Filmen immer wieder konkrete Zahlen genannt werden, die sich physikalisch überprüfen lassen“, so Tolan. In der populären Folge „Kennen Sie Tribbles?“ reist die Enterprise zu einer Raumstation, die von sogenannten Tribbles befallen ist. Die putzigen, pelzigen Tierchen vermehren sich rasend schnell auf der Station und dem Raumschiff. Der Wissenschaftsoffizier und Vulkanier Spock rechnet in Windeseile aus, wie viele der pelzigen Tierchen sich im Laderaum der Enterprise befinden, nämlich 1.771.551 Stück.
Um zu überprüfen, ob die ausgerechnete Anzahl stimmt, kann man die Fibonacci-Formel anwenden. Einige kennen sie vielleicht noch aus dem Mathematik- oder Kunstunterricht. Es ist eine unendliche Zahlenfolge, bei der sich die nächste Zahl durch das Zusammenrechnen der beiden vorherigen ergibt, also 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13 und so weiter. Passenderweise hat der Mathematiker Leonardo da Pisa damit im Jahr 1202 das Wachstum einer Kaninchenpopulation beschrieben. „Ich versuche, möglichst alles mit Worten zu erklären und überprüfe, ob sich Star Trek an manchen Stellen vielleicht doch verrechnet oder eine falsche Zahl verwendet hat“, betont Metin Tolan.
Dass das Reisen durchs Universum nicht mit einer handelsüblichen Rakete möglich ist, war den Serienmachern von Star Trek offensichtlich bekannt. Warum sonst würde die „Vereinigte Föderation der Planeten“ und anderer Spezies zwei verschiedene Antriebe in ihre Raumschiffe einbauen? Jeder Star-Trek-Fan, auch „Trekki“ genannt, weiß, dass die Raumschiffe einen Impuls- und den Warp-Antrieb haben. Das hat reale physikalische Gründe, erklärt Metin Tolan. Weil der Weltraum sehr groß ist, reicht es nicht, möglichst schnell zu fliegen. „Selbst wenn man sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegt, gibt es ein Problem mit der Zeit“, so Tolan. „Hier kommt die Relativitätstheorie von Albert Einstein ins Spiel. Denn wer sich schnell bewegt, für den vergeht die Zeit langsamer.“
Man kann sich das folgendermaßen vorstellen: Man fliegt von der Erde mit annähernd Lichtgeschwindigkeit zu einem anderen Stern, zum Beispiel zu Proxima Centauri. Anschließend reist man wieder zurück nach Hause. Insgesamt ist man dann acht Tage unterwegs. Aber auf der Erde sind acht Jahre vergangen. Damit wäre man nach der Reise acht Jahre jünger als die vor dem Abflug gleichaltrigen Freunde. Das ist, laut Metin Tolan, ein realistisches Szenario nach der Relativitätstheorie.
Laut Metin Tolan hat sich keine andere Science-Fiction-Serie darüber Gedanken gemacht. Um dieses Zeitproblem zu lösen, braucht das Raumschiff Enterprise einen anderen Antrieb. Der Warp-Antrieb funktioniert, indem der Raum am Startpunkt „zusammendrückt“. Das Raumschiff fliegt dann langsam durch diesen zusammengedrückten Raum, der am Ende der Reise wieder expandiert. Die Enterprise fliegt also nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit, sondern der Raum zwischen dem Start- und Endpunkt verkleinert sich. Dadurch können weite Distanzen zurückgelegt werden, ohne dass es zu einem Zeitparadox kommt.
2025 hat die Generalversammlung der Vereinten Nationen das „Internationale Jahr der Quantenwissenschaft und Quantentechnologien“ ausgerufen, deren Anfänge 1925 liegen. Dieses Jahr sollen die bahnbrechenden Beiträge der Quantenwissenschaft zum technologischen Fortschritt der vergangenen 100 Jahre gewürdigt werden. Das sogenannte „Quantenjahr“ ist natürlich auch für Metin Tolan als Physiker von Bedeutung und wird in seinen Vortrag einfließen. „Ich werde in meinem Vortrag zeigen, was Star Trek mit Quantenphysik zu tun hat“, erklärt Metin Tolan. In seinem Vortrag „Die STAR TREK Physik – Warum die Enterprise nur 158 Kilo wiegt und andere galaktische Erkenntnisse“ wird Metin Tolan diese und weitere Fakten aus dem Star-Trek-Universum erklären. Zum Ende des Vortrags hat Metin Tolan einen Knaller vorbereitet, von dem er aber vorher noch nichts verraten will. Den müssen Sie sich schon persönlich anhören.
Text: Lea-Maria Kiehlmeier
