50 Jahre Star Trek – Visionär oder billige Effekte?

Derzeit feiert ja Star Trek sein 50-Jähriges. Und da gibt es einige Berichte, sogar Sonderausstellungen. Bei einer hat ein Radioreporter einen Sammler interviewt, der für eine Ausstellung Stücke zur Verfügung stellte und auf ZDF-Info kam auch eine 90-minütige Dokumentation über zwei Ausstellungen und die Probleme mit der Restauration und dem Beschaffen der alten Requisiten. Dabei ging es auch um die postulierten Techniken und ob sie umsetzbar sind. So was Ähnliches sagte auch der Sammler. Star Trek wäre richtungsweisend gewesen und habe z.B. die Mobiltelefone vorhergesagt.

Ich dachte mir das ist ein gutes Thema für einen Blog. Fangen wir mal an mit dem, was Star Trek bringt und wie realistisch es ist.

Warp-Geschwindigkeit

Am einfachsten ist es mit dem Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit. Es ist physikalisch unmöglich. Es ist dort einfach als Effekt nötig, um die Distanzen zwischen Planeten und Sternsystemen zu überwinden. Das gaben die Drehbuchautoren auch unumwunden zu. Dabei gibt es, da nicht mal einen Hinweis wie schnell Warp ist. Man kann sich nur denken das wohl Warp 8 schneller ist als Warp 5. Auch die Aussage kam von einem ehemaligen Drehbuchautor. Später hat man dann das mit einer Geschwindigkeit verbunden wobei glaub ich Warp 10 nicht mehrerreichbar war. Eine Serie später waren dann aber Raumschiffe noch mit Warp 12 unterwegs.

Beamen

Das nächste ist das Beamen. Nach der Theorie wird die Materie zersetzt und die Information über sie übertragen und am Zielort zusammengesetzt. Lange Zeit hielt man es für unmöglich. Doch Experimente zeigten, dass man den Zustand eines Photons auf ein anderes übertragen kann. Diese Fernwirkung ist ein Phänomen der Quantentheorie, nach der Photonen miteinander verschränkt sein können. Einstein war diese Fernwirkung immer suspekt. Inzwischen hat man Photonen so „gebeamt“ also nicht die Photonen bewegt, sondern die Information über den Zustand teleportiert.

Es gibt aber zwei Einschränkungen. Das klappt nur mit verschränkten Photonen. Die werden gemeinsam erzeugt und sind fortan immer miteinander verbunden. Das klappt also im Labor, wo man ein Photon links lenkt, das andere rechts, aber nicht wenn ein Photon auf der Erde erzeugt wird und eines auf dem Mond. Das zweite ist, das man so nur die Information überträgt, nicht aber die Materie. Es muss also am Zielort eine Art Maschine geben, die Atomkerne, Elektronen miteinander verbinden kann (wie das sagen die Photonen) und so etwas zu konstruieren wird doch sehr schwer. Wir können heute Atomkerne von Elektronen trennen aber nicht dauerhaft getrennt lagern. Wie eine Maschine Arome zusammenbasteln und genau positionieren kann, ist auch nicht geklärt. Zuletzt wäre die Informationsmenge riesig.

Ein Mensch besteht aus etwa 5 x 10²⁸ Teilchen. (Atomkerne und Elektronen) Zumindest die Atomkerne sollte man auf einen Durchmesser von 1 Atomkern genau positionieren können. Man braucht so viele Bits pro Teilchen, dass es genau auf 1 Kerndruchmesser im Koordinatensystem positioniert werden kann. Die Anzahl der Bits hängt von der Ausdehnung des Objektes ab. Bei 2 m Höhe wäre bei einem Durchmesser von 10^-15 m für einen wsserstoffkern z.B. 51 Bits nötig um diese 15-stellige Zahl zu codieren. Multipliziert man diese Zahl (eventuell kommen noch andere Bits für Energie oder andere Parameter hinzu) mit den 5 x 10²⁸ Teilchen so ist man bei 2,5 x 10³⁰ Bit. Das entspricht 1,25 x 10¹⁸ Terabyte. Bei heute maximal 9 TB pro Platte und 2,5 cm Höhe ist das ein Festplatten-Stapel von 0,36 Lichtjahren Länge.

Man kann es auch anders ausdrücken: Angenommen eine zukünftige Zivilisation könnte in einem Siliziumatom ein Bit speichern. Dann brächte man einen 117 t schweren Speicher. Vor allem muss die Datenmenge auch übertragen werden. Nimmt man das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts als Tansponderbreite und kann pro Herz Frequenz ein Bit übertragen (entspräche z.B. bei 40 MHZ Bandbreite 40 MBit) so braucht man fast 200 Millionen Jahre für eine Übertragung der Information von nur einem Menschen.

Dabei ist diese Form. die zumindest physikalisch möglich wäre, nicht die in Strak Trek eingesetzte: Dort wird die Materie selbst übertragen, sonst könnte man nicht auf einem Planeten ohne Beam-Empfänger landen.

Traktorstrahl

Was es auch noch gibt, ist der Traktorstrahl. Ein Raumschiff wird von ihm erfasst und angezogen. Er ist physikalisch möglich. Licht hat Energie und Licht überträgt so auch Energie. Eine Anwendung sind z.B. Sonnensegel, mit denen man bei uns durch das Sonnensystem reisen könnte. Postuliert wird auch Laserstrahlen auf einen Spiegel zu werfen und so ein Raumschiff zu beschleunigen. Das Problem ist, das Photonen masselos sind und so der Schub recht klein ist. Absorbiert ein Raumschiff in Erdnähe auf 1 m² Fläche das Sonnenlicht, so bedeutet das nur einen Schub von 4,5 millionstel Newton. Das bei 1350 Watt reiner Strahlungsenergie.

Bei höherer Energie (energiereichere Photonen oder höherer Intensität wird der Schub höher, aber um ein 20 t schweres Raumschiff (z.B. eine Galileofähre) um 1 m/s zu beschleunigen, bräuchte man die Energie von 6000 GW in Form von Strahlung. Bei einigen Missionen, wo man damit sogar den Schub eines Antriebs kompensieren kann noch viel mehr Energie. Licht wirkt eigentlich als Schub doch wie beim Wind kann man durch schräges Beleuchten und damit Rückreflexion auch ein Objekt abbremsen. Wenn ein Objekt übrigens Strahlung vollständig absorbiert, kann man gar nicht abbremsen sodnern nur beschleunigen.

Computer und Communicatoren

Kommen wir zu den „Vorhersagen“, die umgesetzt wurden. Es gibt heute Laser, die Raketen zerstören können, es gibt Handys und mit Smartphones kann man sich unterhalten, wie mit dem Computer der Enterprise. War das Star Trek nicht visionär?

Nun ja. Zwar kam das erste Funktelefon nach dem Kommunikator von Star Trek auf den Markt, aber das Prinzip gab es ja schon. Tragbare Funkgeräte gab es schon im Zweiten Weltkrieg, nur eben viel größer. Man hat nur einfach postuliert, dass die kleiner werden. Das ist, wenn man sich die Elektronikentwicklung betrachtet, nun keine so tolle Vorhersage. 1965 war der schnellste Rechner der Welt eine Cyber 6600. Sie war rund 10000-mal schneller als der ENIAC 20 Jahre früher. Es gab schon den Trend zu kleineren Computern, Minicomputer kamen auf den Markt und für Minuteman, Polaris und Apollo wurden Computer in Schuhkartongröße gefertigt. Telefone und Computer setzen beide Elektronik ein, und da ist de Gedankensprung nicht so fern, dass man auch Funktelefone deutlich verkleinern kann.

Gerade beim Computer sieht man das die Serie in ihrer Zeit verhaftet war. Die Cyber 6600 hatte erstmals Monitore. So was sieht man aber nicht auf der Enterprise. Stattdessen wie bei den anderen Computern der damaligen Zeit üblichen Konsolen mit vielen Statusleuchten und Schaltern. Es gibt dort kein Keyboard (obwohl auch schon im Einsatz) sondern Knöpfe und Drehschalter. Beim Bedienkonzept ist es noch anachronistischer: Der Computer wird gefragt „Computer: Wie lange hält noch der Warpkern“ mit der Antwort „Der Warpkern wird bei der derzeitigen Geschwindigkeit in 20 Minuten implodieren“. Das klingt erst mal toll und erinnert mich an Google-Fersehspots, wo man das Handy fragt, weil man gerade die Hände in Teig hat, aber im Normalfall ist es so das man schneller auf eine Taste drückt oder etwas anklickt als zu sprechen, vor allem beim Verabreiten von Informationen ist man um Ellen schneller beim Lesen als beim Zuhören. Auf einer Kommandobrücke, wo viele Leute arbeiten, wäre das Konzept auch idiotisch, da würde dauernd geredet und alle müssten mit Kopfhörern rumlaufen, um die Computerdurchsage zu hören, die für sie bestimmt ist. Das gibt dann wieder Probleme bei Kommandos der Offiziere.

So hat Space Quest das ja auch karikiert: Sigourney Weaver ist dort eine blonde Kommunikationsoffizierin, die nichts anderes zu tun hat, als die Anweisungen des Kapitäns für den Computer zu wiederholen und diese wiederzugeben. In der nächsten Generation ist man dann übrigens einen Schritt zurückgegangen auf grafische Oberflächen mit Tochsteuerung. Eben gerade das, was damals gerade Stand der Technik war – viel einfaltloser geht es wohl nicht. Nach Wikipedia gab es schon in den Sechziger Jahren Versuche von Spracherkennung, wobei die Systeme nur einige Worte erkannten. Aber man wusste das es zumindest ging, wenn auch mit der damaligen Hardware nicht fließende Sprache erkannt werden konnte.

Handlaser

Was es auch schon gab als Star Trek erschaffen wurde, sind Laser. Das man an Bord eines Raumschiffes einen Laser wird installieren können, der andere Raumschiffe beschädigt – das wäre angesichts der Dimensionen der Enterprise wohl schon in den Sechzigern denkbar gewesen. Anders sieht es bei den Handlasern aus. Es gibt ja schon lange handliche Laserpointer, doch ihre Energie zu gering. Doch es ist denkbar dass man die Energie, die man braucht, um einen Menschen zu töten in einem handlichen Laser unterbringt. Die Standardgewehrpatrone 7,92 x 57 mm im Zweiten Weltkrieg hat eine Geschossenergie von 3600 bis 4100 J. Vier AA-Zellen mit 1,2 V Spannung und 2500 mA Leistung haben rund 12000 J Energie. Ein Diodenlaser hat einen Wirkungsgrad von 25 bis 50%. Das würde also für einen Schuss reichen. Wenn man die Energie chemisch, z.B. aus Brennstoffzellen, gewinnen würde, wären wahrscheinlich mehrere Schüsse möglich. Aber mit den Lasern in Raumschiff Enterprise kann man ja nicht nur Menschen töten, sondern auch Felsen sprengen, ja teilweise sogar Felsen und Menschen in Luft auflösen und die Energie bringt wohl kein Laser auf, den man in der Hand tragen kann, zumindest nicht mit chemischer Energie und so kleine Nuklearreaktoren das Sie in die Hand passen kann man auch nicht bauen. Die kleinste denkbare Masse scheint mindestens so große wie eine Orange zu sein, und um die käme noch der Mantel.

Das Raumschiff

Was vielmehr auffällt, ist das das Raumschiff gerade nicht für den Weltraum gebaut ist. Die Enterprise ist aerodynamisch. Das müsste sie aber als Raumschiffe nicht sein. Man muss nur als Vergleich die Mondfähre oder auch Satelliten und Raumsonden nehmen. Die sind zweckmäßig gebaut. Die Mission diktiert die Bauweise, nicht die Aerodynamik. Die einzigen die im Star Trek Universum effiziente Raumschiffe bauen (in dem Sinn das Sie maximales Volumen bei minimaler Größe haben sind die Borg mit Kugeln als optimalstem geometrischen Körper und dann Quader. Offensichtlich schient auch in der Zukunft Styling wichtig zu sein – oder es ist wichtig für Fernsehzuschauer.

Tarnvorrichtungen

Das Letzte was es noch bei Star Trek gibt sind Tarnvorrichtungen mit denen Romulaner und später Klingonen einfach verschwinden. In der Sendung wurde eine optische Bank gezeigt bei der je zwei Sammel- und Zerstreuungslinsen das Licht so lenken, das ein Objekt an einer bestimmten Position nicht zu sehen ist. Das wurde als „Tarnvorrichtung“ verkauft. Doch die funktioniert natürlich ohne Linsen vor und hinter dem Raumschiff. Immerhin könnte ich mir denken wir man es anstellt. Man müsste nicht das Licht umlenken, man müsste nur das wiedergeben was man sehen würde, wenn das Raumschiff nicht da wäre und das könnte man vielleicht schon heute umsetzen.

Man bräuchte nur die Oberfläche mit Flachbildschirmen die als OLED auch biegsam sind belegen und zwischen denen kleine Kameras positionieren. Die Kameras nehmen das auf was der Beobachter sehen würde, und geben das Signal an die 180 Grad gegenüberliegenden OLED weiter. Das Raumschiff wäre so ein riesiger Bildschirm, der immer die gegenüberliegende Seite zeigen würde – als wie das Raumschiff nicht da wäre. Im fernen Raum ohne große Beleuchtungsquelle wäre die Illusion wahrscheinlich sogar gegeben. In der Nähe eines Planeten wird es schwer werden, weil die Oberfläche spiegelt und auch die genau gleiche Helligkeit erreichen muss. Vor einer Sonne fliegend würde es schwierig sein, die Helligkeit der Sonne zu erreichen. Aber wer weiß, vielleicht finden wir gerade diese Technologie in den nächsten Tarnkappenflugzeugen.