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Physik

 

´┐Żbersicht

Dieses Kapitel versucht verschiedene physikalische Probleme bei Star Trek zu erkl´┐Żren, sowohl in Bezug auf die wirkliche Wissenschaft als auch fiktive Bereiche wie die "Subraumphysik". Es gilt zu kl´┐Żren:

Warum interstellare Echtzeitkommunikation unm´┐Żglich ist
Warum die Voyager bisher nicht mit der Erde kommunizieren konnte

 

 

Warum interstellare Echtzeitkommunikation unm´┐Żglich ist

Problem: Die Kommunikation geh´┐Żrt in allen Star Trek Serien und Kinofilmen zu den allt´┐Żglichen Szenen - die Benutzung des Intercoms zum Kontakt mit anderen Crewmitgliedern, die Benutzung des Kommunikators im Au´┐Żenteam zum Rufen des Schiffes im Orbit, und auch die Verwendung der leistungsf´┐Żhigeren Schiffskommunikationssysteme, um mit Bodenstationen auf Planeten, anderen Raumschiffen oder dem Sternenflottenkommando (wie im obigen Bild) Kontakt aufzunehmen. Da grunds´┐Żtzlich die Kommunikation ´┐Żber Funk, wie sie von der heutigen Raumfahrt genutzt wird, auf die Lichtgeschwindigkeit (also 299 792 km/s) begrenzt ist, w´┐Żre mit heutigen technischen Mitteln der letzte Fall - die Kommunikation ´┐Żber interstellare Distanzen - nicht m´┐Żglich. Deshalb wurde bereits in der klassischen Serie der Subraumfunk zur Umgehung dieses Problems eingef´┐Żhrt, mit dem Signale wesentlich schneller ´┐Żbertragen werden als beim normalen Sublichtfunk, wie etwa [TOS] Der K´┐Żfig und [TOS] Epigonen demonstrierten. Der Subraumfunk, bei dem die normalen elektromagnetischen Wellen auf den Subraum ´┐Żbertragen werden, schien sogar so schnell zu sein, da´┐Ż nur bei gro´┐Żen Entfernungen eine Zeitverz´┐Żgerung bei der Zweiwegekommunikation auftrat ([TOS] Spock unter Verdacht). Bei den sp´┐Żteren Serien und Filmen wurde ebenfalls zumeist Echtzeitkommunikation verwendet. Ungl´┐Żcklicherweise schuf die offizielle technische Erkl´┐Żrung der Subraumkommunikation in den offiziellen Dokumentationen Anfang der 1990er mehr Probleme als es l´┐Żste: ebenso wie die im ST:TNG Technical Manual erstmals gegebenen Lichtgeschwindigkeitsvielfache f´┐Żr die Warpfaktoren von Raumschiffen angesichts der enormen Distanzen, die innerhalb einer Episode oft ´┐Żberbr´┐Żckt worden, und der allgemeinen Gr´┐Ż´┐Że der F´┐Żderation viel zu gering erschienen, sind die in der Star Trek Enzyklop´┐Żdie gegebenen Warp 9.9999 bzw. 199 516c f´┐Żr den Subraumfunk ein zu kleiner Wert, um eine interstellare Kommunikation ohne Zeitverz´┐Żgerung zu erlauben. Eine einfache Rechnung zeigt n´┐Żmlich, da´┐Ż mit diesen Werten (die zudem nur f´┐Żr den ggf. mit Relaisstationen verst´┐Żrkten Subraumfunk gelten) bereits ab einer zu ´┐Żberbr´┐Żckenden Strecke von 1 Lichtjahr eine beachtliche Verz´┐Żgerung auftritt. Zur Berechnung der ´┐Żbertragungszeit, also die Dauer einer einfachen Signal´┐Żbertragung, nehmen wir die physikalische Grundgleichung f´┐Żr die Geschwindigkeit V=s/t. Interessanter f´┐Żr die Zweiwegekommunikation ist nat´┐Żrlich die Antwortverz´┐Żgerung, d.h. die Zeit, die es dauert, bis wir nach der ´┐Żbertragung unseres Signals eine Antwort bekommen. Da das Signal hierf´┐Żr die doppelte Strecke zur´┐Żcklegen mu´┐Ż, lautet die Gleichung V=2s/t. Stellen wir beide Gleichungen nach  t um, so erhalten wir f´┐Żr verschiedene Entfernungen von Sendeempf´┐Żnger 1 zu Sendeempf´┐Żnger 2:

Strecke ´┐Żbertragungszeit Antwortverz´┐Żgerung
0.5 AE
(Erde-Mars)
1.25 ms 2.5 ms
4.2 AE
(Erde-Jupiter)
10.5 ms 21 ms
1 ly 2 min 38 s 5 min 16 s
4.4 ly
(Erde-Alpha Centauri)
11 min 35 s 23 min 10 s
16.45 ly
(Erde-Vulkan)
43 min 20 s 1 h 26 min 40 s
ca. 120 ly
(DS9-Erde)
5 h 16 min 8 s 10 h 32 min 16 s

Da die durchschnittliche Sternentfernung in der Milchstra´┐Że 1 pc betr´┐Żgt (3.26 ly), ist  lediglich innerhalb eines Sonnensystems eine Echtzeitkommunikation via Subraumfunk m´┐Żglich. Ungl´┐Żcklicherweise haben wir trotzdem alle anderen F´┐Żlle on screen gesehen, und nachdem in den ersten Staffeln von Star Trek: Deep Space Nine zumindest auf einen direkten Kontakt DS9-Erde zugunsten von nahen Sternenbasen o.´┐Ż. verzichtet wurde, war in einigen sp´┐Żteren Episoden sogar das absolut unm´┐Żgliche pl´┐Żtzlich m´┐Żglich: eine Echtzeitkommunikation ´┐Żber eine Strecke von ´┐Żber hundert Lichtjahren! Verschlimmernd kommt hinzu, da´┐Ż laut dem ST:DS9 TM ab 2371 90% des bestehenden Subraumrelaisnetzwerkes der F´┐Żderation demontiert bzw. vernichtet wurde. Damit ist eine maximale (verst´┐Żrkte) Subraumfunkgeschwindigkeit gar nicht mehr erreichbar, und angesichts des Streckenlimits von 22.65 ly f´┐Żr diese Geschwindigkeit, der zunehmenden Zerf´┐Żcherung des Signals ohne Refokussierung und Repolarisierung und der generell unsteten Natur des Subraums ist es sowieso fragw´┐Żrdig, ob ein ´┐Żber eine so weite Strecke ´┐Żbertragendes Signal ohne Zwischenrelais jemals die Erde erreichen w´┐Żrde.

Ursache: Wie bei vielen Ungereimheiten und Problemen bei Star Trek ist es auch in diesem Fall die Formel "Einfachheit vor Richtigkeit" der Grund f´┐Żr die unm´┐Żgliche und trotzdem st´┐Żndig gezeigte interstellare Echtzeitkommunikation. Es w´┐Żre nat´┐Żrlich wesentlich umst´┐Żndlicher, st´┐Żndig mit Einwege-Botschaften zu arbeiten, zumal damit zugegebenerma´┐Żen ein wichtiges dramaturgisches Element verloren geht: die h´┐Żufige  Echtzeitkommunikation dr´┐Żckt quasi eine interstellare Verkn´┐Żpfung zwischen den Planeten bzw. dem Schiff und seiner Heimatbasis aus, ein "Zusammengeh´┐Żrigkeitsgef´┐Żhl". Aus diesem Grund wird die korrektere Kommunikation mit Zeitverz´┐Żgerung nur dann verwendet, wenn gezeigt werden soll, da´┐Ż eine gro´┐Że Distanz zur Heimat besteht bzw. das Schiff vom "bekannten Universum abgeschnitten ist", z.B. in [TOS] Spock unter Verdacht, [TNG] Der Reisende oder [TNG] Der ´┐Żberl´┐Żufer.

Erkl´┐Żrung: Eine L´┐Żsung des Problems ist ´┐Żu´┐Żerst schwierig. W´┐Żhrend es bei dem Problem mit den f´┐Żr die Entfernungen der Planeten zu geringen Warpgeschwindigkeiten zwei - gleicherma´┐Żen radikale - M´┐Żglichkeiten gab (die ´┐Żquivalentgeschwindigkeiten sind falsch, d.h. Warp ist erheblich schneller, oder die Planeten liegen n´┐Żher zusammen), bleibt hier nur die Erkl´┐Żrung, da´┐Ż die Warp 9.9999 / 199 516c als Subraumfunkgeschwindigkeit nicht stimmen k´┐Żnnen, da ja logischerweise nicht alle Planeten im selben System liegen k´┐Żnnen. Da diese Zahl aus einer einzigen offiziellen Dokumentation stammt (Star Trek Enzyklop´┐Żdie, w´┐Żhrend die Technical Manuals im Widerspruch dazu Warp 9.9997 als Limit angeben) und nie on screen best´┐Żtigt wurde, w´┐Żre das Erh´┐Żhen der Geschwindigkeit auch kein Problem - wenn das nicht jene F´┐Żlle beeinflussen w´┐Żrde, in denen eine Kommunikation gewollt unterbunden wurde. W´┐Żre z.B. der Subraumfunk hundertmal schneller, w´┐Żrde zumindest zwischen nahen Planetensystemen ein Echtzeitkontakt m´┐Żglich sein. Auf der anderen Seite w´┐Żrden die intendierten Zeitverz´┐Żgerungen bei der Kommunikation z.B. von der Romulanischen Neutralen Zone zur Erde keinen Sinn mehr ergeben. Auch der USS Voyager w´┐Żre im 6. Jahr ihrer Reise (Entfernung: etwa 30000 ly) eine Verbindung mit dem Sternenflottenhauptquartier mit einer Antwortverz´┐Żgerung von nur 24h m´┐Żglich, wenn nicht  die Natur des Subraums selbst einer solchen Ultra-Langstreckenkommunikation einen Strich durch die Rechnung machen w´┐Żrde (siehe n´┐Żchstes Problem). Aufgrund dieses Dilemmas gibt es keine einleuchtende Erkl´┐Żrung f´┐Żr das Problem, und wir k´┐Żnnen es wie die Soundeffekte im All nur als dramaturgisches Mittel zum Zweck akzeptieren.

 

Warum die Voyager bisher nicht mit der Erde kommunizieren konnte

Problem: Seit es die Voyager 2371 in den entferntesten Winkel des Deltaquadranten verschlagen hatte, ist sie von jedem Kontakt zur anf´┐Żnglich 75000 ly entfernten F´┐Żderation abgeschnitten, da selbst der Subraumfunk ´┐Żber diese unglaubliche Entfernung eine Antwortverz´┐Żgerung von mehreren Jahren hat. Obwohl die Voyager in 5 Jahren die Distanz um ´┐Żber die H´┐Żlfte verk´┐Żrzen konnte, blieben erfolgreiche Kontakte mit dem Alphaquadranten kurze, einmalige Ereignisse. Sie basierten auf Naturph´┐Żnomenen oder au´┐Żerirdischer Technik: in [VOY] Das Nadel´┐Żhr wird ein Mikrowurmloch benutzt, um mit einem romulanischen Wissenschaftsschiff im Alphaquadranten zu kommunizieren, aber erst in [VOY] Flaschenpost, im 4. Jahr der Reise der Voyager, gelingt es endlich, ´┐Żber ein uraltes, transgalaktisches Relaisnetzwerk mit der Sternenflotte Kontakt aufzunehmen. Das sechste Jahr, genauer gesagt die Episode [VOY] Das Pfadfinder-Projekt, stellt einen Wendepunkt der Reise der Voyager dar: der Sternenflotte selbst gelingt es, ´┐Żber die MIDAS Phalanx und einen Wanderpulsar ein Mikrowurmloch zu ´┐Żffnen, um die Voyager zu kontakten, mit der Aussicht auf eine regelm´┐Ż´┐Żige Kommunikation (siehe Bild). Das wird ab [VOY] Life Line im Abstand von 32 Tagen m´┐Żglich, indem die MIDAS Phalanx diesmal Subraumsignale mit Hilfe eines zyklischen Pulsars verst´┐Żrkt. Nun stellt sich allerdings die Frage, wozu es ´┐Żberhaupt n´┐Żtig ist, auf so umst´┐Żndlichem Wege zu kommunizieren - schlie´┐Żlich betr´┐Żgt laut der Star Trek Enzyklop´┐Żdie die (maximal verst´┐Żrkte) Subraumfunkgeschwindigkeit Warp 9.9997 / 199 516c, so da´┐Ż im sechsten Jahr ihrer Reise, in dem die Voyager noch 30000 ly von der Erde entfernt ist, ein Subraumsignal nur 54 Tage bis zur Erde braucht.

Erkl´┐Żrung: Die Ursache ist in diesem Fall nicht ein Fehler der Autoren oder "dramaturgische Absicht", sondern liegt in den technischen Limitationen des Subraumfunks und der Natur des Subraums, wie sie zwar nie on screen, aber im ST:TM und ST:DS9 Technical Manual beschrieben werden. Grunds´┐Żtzlich wissen wir, da´┐Ż jede Art von Signal - selbst hochfokussierte EM-Wellen wie ein Laserstrahl - ´┐Żber extreme Entfernungen stark zerf´┐Żchern. Auf den Subraumfunk ´┐Żbertragen hei´┐Żt dies, da´┐Ż ein stark fokussiertes und radial polarisiertes Subraumsignal, auf die Erde ausgerichtet, ´┐Żber diese Distanz ohne mehrfache Verst´┐Żrkung und Neuausrichtung zu einem ´┐Żu´┐Żerst schwachen Breitband-Subraumsignal werden w´┐Żrde. Schlimmer noch wirkt sich jedoch eine Eigenschaft des Subraums selbst auf das Signal aus, die jede Langstreckenkommunikation unm´┐Żglich macht: die auf den Subraum ´┐Żbertragenen, quasi "aufgezwungenen" Signale tendieren dazu, nach einer gewissen Entfernung an die "Oberfl´┐Żche" zu streben und schlie´┐Żlich aus dem Subraum "wiederaufzutauchen", um wieder zu einem langsamen und zudem abgebauten EM-Signal zu werden - das Signal zerf´┐Żllt, die enthaltene Information ist nicht wiederherstellbar. Diese Entfernung ist abh´┐Żngig von der Subraumschicht, auf die das Signal ´┐Żbertragen wurde. H´┐Żhere Energien des Ausgangssignals entsprechen einer tieferen Transmissionsschicht des Subraums, einer h´┐Żheren Transmissionsgeschwindigkeit und auch einer l´┐Żngeren Maximalstrecke. Das ST:DS9 TM stellt klar, da´┐Ż auch in den 2370ern das technische Limit nach wie vor bei Warp 9.9997 und 22.65 Lichtjahren liegt. Damit ist eine transgalaktische Subraumkommunikation mit annehmbaren Transmissionszeiten mit den gegebenen technischen M´┐Żglichkeiten unm´┐Żglich, ein von der Voyager ausgesandtes Standardsubraumsignal w´┐Żrde niemals die zehntausende Lichtjahre entfernte Erde erreichen. Zwei M´┐Żglichkeiten verbleiben aber: Entweder ist eine regelm´┐Ż´┐Żige Verst´┐Żrkung und Refokussierung n´┐Żtig (wie sie von dem mittlerweile zerst´┐Żrten au´┐Żerirdischen Relaisnetzwerk aus [VOY] Flaschenpost erreicht wurde) oder das Ausgangssignal selbst mu´┐Ż eine unglaubliche Energie aufweisen (z.B. durch die Verst´┐Żrkung der ausgestrahlten Spitzenenergie mit Hilfe eines Pulsars wie in [VOY] Life Line), so da´┐Ż aufgrund der bestehenden Proportionalit´┐Żt die Transmissionsschicht tiefer im Subraum liegt, die Maximalstrecke verl´┐Żngert und das Signal resistenter gegen´┐Żber Subraumst´┐Żrungen o.´┐Ż. ist. Merkw´┐Żrdig erscheint es bei letzterem Wege nur, da´┐Ż die Voyager (f´┐Żr 17h) offensichtlich auch antworten kann, obwohl ihr augenscheinlich jene gewaltige Energien zur Signalverst´┐Żrkung nicht zur Verf´┐Żgung stehen. Das l´┐Ż´┐Żt sich nur mit Seven of Nines ´┐Żbermenschlichen Borg-F´┐Żhigkeiten, den Erfahrungen mit transdimensionaler Manipulation mit dem Hauptdeflektor in [VOY] Skorpion II und [VOY] Beute oder vielleicht den Andeutungen aus [VOY] Das Pfadpfinder-Projekt zu "Modifikationen am Komm-System zur Signal´┐Żbertragung mit Hyper-Subraumgeschwindigkeit" erkl´┐Żren.

 

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