"Anti-Grav" bald technisch machbar?

Wohl eher nicht, obwohl österreichische Physiker einen exotischen relativistischen Effekt entdeckten, der zumindest die aus Science Fiction-Raumschiffen bekannte "künstliche Schwerkraft" etwas mehr aus dem Bereich "Fiction" hin zur "Science" verschiebt. wissenschaft.de: Die Anziehungskraft von rotierenden Supraleitern.

Im gut bewährten Modell der psysikalischen Kräfte klaffte bisher eine ärgerlich Lücke: die Schwerkraft (Gravitation) passte nicht so recht hinein. Schon zu Einsteins Zeiten - und aufbauend auf seiner
Allgemeinen Relativitätstheorie (wikipedia: Relativitätstheorie) sagten einige Physiker den Gravitomagnetismus (analog zum Elektromagnetismus) voraus, in dem die Schwerkraft von massenlosen Teilchen, den Gravitonen, übertragen wird, ähnlich wie Photonen die elektromagnetische Strahlung übertragen.
Martin Tajmar und seinen Kollegen von der ARC Seibersdorf research GmbH in Österreich entdeckten im Experiment einen Effekt, in dem sich die Gravitonen bemerkbar machen – und zwar dadurch, dass sie in rotierenden Supraleitern eine Masse besitzen, berichtet das britische Wissenschaftsmagazin New Scientist.

Der Allgemeinen Relativtätstheorie zufolge verdreht ein massiver Körper, der sich dreht, zum Beispiel ein Planet oder ein Stern, aber auch jedes andere massive Objekt, die Raumzeit. Das klingt unheimlicher, als es ist, denn wenn sich ein geladener Körper in einem Magnetfeld dreht und damit einen elektrischen Strom erzeugt, passiert etwas ähnliches - daher auch der Name Gravitomagnetismus, obwohl die Kraft ansonsten nichts mit Magnetismus zu tun hat.

Eine elegante Theorie, mit dem kleinen Schönheitsfehler, dass der Gravitomagnetismus bisher nicht beobachtet wurde, weil es so schwer zu beobachten ist. Der Einfluss des Gravitomagnetismus ist so klein, dass sich die Rotationsachsen von drei perfekt runden, kreiselnden Kugeln auf dem Nasa-Satelliten Gravity Probe B innerhalb eines Jahres lediglich um 42 Milli-Bogensekunden verschieben - eine Milli-Bogensekunde ist ein Tausendstel einer Bogensekunde, 60 Bogensekunden sind eine Bogenminute, 60 Bogenminuten ein Winkelgrad. Die Daten des Satelliten, der von 2003 bis 2005 zwei Jahre lang um die Erde kreiste, werden gerade ausgewertet.

Zu ihrer eigenen Überraschung konnte das Forscherteam um Tajmar den Effekt nun aber auf der Erde nachweisen, und zwar bei rotierenden Supraleitern. (wikipedia: Supraleiter) Noch größer ist die Überraschung, dass Gravitonen anscheinend - entgegen der Theorie - nicht wie Photonen masselos sind.

Die Kraft, die ein sich drehender, supraleitender Niob-Ring auf Beschleunigungsmesser ausübte, war nämlich um 17 Größenordnungen – also um den Faktor 10 hoch 17 – stärker als von der Relativitätstheorie vorhergesagt. Die Forscher führen dies darauf zurück, dass Gravitonen in Supraleitern nicht mehr masselos sind, sondern die unvorstellbar winzige Masse von 10 hoch -54 Kilogramm besitzen. Zum Vergleich: Ein Elektron wiegt 10 hoch -30 Kilogramm.
Bislang konnten die Forscher alle ihre theoretischen Überlegungen experimentell überprüfen, heißt es im "New Scientist". Insgesamt führten sie 250 Versuche mit unterschiedlichen Supraleitern sowie zusätzlichen und präziseren Sensoren durch, um mögliche Fehlerquellen auszuschließen.

Dennoch ist die Gemeinde der theoretischen Physiker skeptisch: "Sollte das Graviton eine Masse besitzen, müsste das Standardmodell der Teilchenphysik neu geschrieben werden", sagt etwa James Overduin von der Stanford University. Auch für die Kosmologie hätte diese Entdeckung weitreichende Konsequenzen - vom Alter des Universums bis zur Lebensdauer des Sonnensystems.

Ein anderer Grund zur Skepsis liegt darin, dass schon andere Forscher Anti-Gravitationseffekte in der Umgebung rotierender Supraleiter beobachtet haben wollen - und sind damit mangels Wiederholbarkeit der Experimente, oder weil "Dreckeffekte" z. B. durch Luftströmungen nicht sicher ausgeschlossen werden konnten, zu oft auf die Nase gefallen.
Robert L. Forward, Astrophysiker und Science Fiction Autor, hatte übrigens schon 1961 eine Antigrav-Maschine auf Grundlage des Gravomagnetismus zum Patent angemeldet. Nur konnte sie damals niemand bauen. Vielleicht wird sich das bald ändern, denn wenn das österreichische Teams Recht behält, könnte einige in der Science Fiction beschriebene Technologien Wirklichkeit werden.

Allerdings dürfte ein realer Antigrav auf Grundlage des Gravitomagnetismus, also ein Kraftfeld, das die Schwerkraft aufhebt, weniger eindrucksvoll sein, als viele seiner Gegenstücke in der SF. Selbst naturwissenschaftlich-technisch orientierte Science-Fiction-Autoren neigen dazu, einfach einen benötigten psysikalischen Effekt aus dem Handgelenk zu schütteln, wenn es die Handlung erfordert. Einige aus der SF bekannte Antigravs widersprechen zum Beispiel dem Energieerhaltungssatz und würden ein Pepetum Mobile ermöglichen. Z. B. so: mittels eines Antigrav-Generators wird ein großes Gewicht "negativ schwer" gemacht und schwebt wie ein Ballon in die Höhe. Dort angekommen, wird der Antigrav abgestellt und das Gewicht fällt zu Boden. Dabei verrichtet er Arbeit. Wenn der Antigrav zum Schweben nicht mehr Energie aufnimmt, als beim Fallen freigesetzt wird, wäre er ein Perpetuum Mobile erster Art. wikipedia: Perpetuum Mobile. Also dürfte ein Antigrav-Gleiter in energetischer Hinsicht keine Vorteile gegenüber z. B. Hubschraubern bieten. Gravitation ist eine sehr schwache Kraft, weshalb die Anwendungsmöglichkeiten eines realen Traktorstrahls im Vergleich zu eine simplen Seilwinde gering sein dürften - der Traktorstrahl wird wahrscheinlich Nischenanwendungen vorbehalten bleiben, bei denen man nicht auf die bewährte Drahtseil Low Tech zurückgreifen kann. Aus dem selben Grund ist die Leistungsfähigkeit eines "Gravitationsantriebs" gegenüber einer Rakete sehr begrenzt.
Dennoch würde die Gravitationskontrolle die Raumfahrt revolutionieren. Zum Beispiel durch die Erzeugung künstlicher Schwerkraft oder durch die auf die Besatzung wirkende Beschleunigungskräfte entgegen wirkende Andruck-Kompensatoren. Selbst bei unbemannten Raumschiffen wäre das nutzlich, wenn sie stoßempfindliche Instrumente, z. B. Teleskope, an Bord haben.
Auch Landemannöver würden mit Antigravunterstützung einfacher werden.

Nachtrag: Darstellung der Arbeit Dr. Martin Tajmars in populärwissenschaftlicher Form. Tajmars zeigt sich darin als Enthusiast, was die Möglichkeiten der Gravitationskontrolle angeht, aber skeptisch hinsichtlich angeblich erfolgreicher Antigrav-Experimente: Schwerelos auf der Erde
Website des ARC: Austrian Research Center.
Beischreibung des Experiments auf der ESA Website (auf englisch, Stand vom März 2006):Towards a new test of general relativity?
Beschreibung des Experiments von Dr. Tajmar (pdf):Experimental Detection of the Gravitomagnetic London Moment
Köppnick - 14. Nov, 22:36

Gesunde Skepsis

ist immer angebracht. In diesem Fall kann die Skepsis zum Beispiel bei dem Wort "Rotation" ansetzen. Rotierende Körper, also die Dinger in unserem Universum, die eine Masse besitzen, so wie auch Energie eine Masse besitzt, erzeugen bei Rotation eine Fliehkraft. Die Körper selbst werden durch die elektromagnetische Kraft zwischen Atomkernen und Hüllen sowie innerhalb des Kernes durch starke und schwache Kernkraft zusammengehalten.

Wenn man jetzt, um die "Antigravitation" zu vergrößern, die Rotationsgeschwindigkeit vergrößert, steigt die Fliehkraft. Da der Effekt jetzt gerade so noch messbar ist, müsste man theoretisch die Rotationsgeschwindigkeit um viele Zehnerpotenzen vergrößern, was physikalisch nicht möglich ist.

Das Ganze erinnert mich an die Zeitmaschinen, die von der Stringtheorie vorhergesagt werden: Man nehme zwei Strings, die etwa die Größe einer Galaxis haben und pumpe in sie die halbe Energie einer ganzen Galaxis hinein. Dann lasse man sie umeinander rotieren und fliege zusätzlich mit seinem Raumschiff um dieses rotierende (Raumzeit-)Gebilde. Mit jeder Umdrehung schraubt man sich weiter in die Vergangenheit.

Auch dieses tolle Modell hat leider einige Schönheitsfehler. Bis jetzt sind Strings so klein, dass man sie nicht einmal in Teilchenbeschleunigern „sehen“ kann. Die Energie einer halben Galaxis zu verbrutzeln, dürfte auch nicht so einfach sein. Und beim Umrunden eines solchen hochenergetischen Gebildes sollte man ordentlich Abstand zur eigenen Galaxis halten.

Was lernt man daraus? Wendet man physikalische Theorien, die quantenphysikalische Effekte gut beschreiben, auf makrophysikalische Objekte an, kommt meistens großer Unsinn heraus. Und mit jedem Journalisten, mit dem sich der kolportierte Sachverhalt der Bildzeitung nähert, wird die Geschichte physikalisch unsinniger, aber aufregender geschrieben.

MMarheinecke - 15. Nov, 00:19

Stimmt - aber in diesem Fall nur zum Teil

Es geht in diesem Fall ja nicht um quantenpsysikalische Effekte, die unzulässigerweise auf den "klassischen" Bereich makroskopischer Körper ausgeweitet wurden. (Typisches Beispiel: Quantenteleportation, die auf populärwissenschaftlichen Niveau mit dem "Beamen" bei Star Trek verglichen wird, und bei dem auf BILD-Niveau nur noch das "Beamen" ankommt, indem ein illustrativer Vergleich wörtlich genommen wird.)
So wie ich es verstehe, wurden da nicht allzu kleine supraleitende Ringe in durchaus noch nicht materialbelastende Rotation (6 500 Umdrehungen pro Minute) versetzt und dabei ein ziemlich deutlicher Gravitationseffekt gemessen. Das ist, wenn es sich bestätigt, künstliche Gravitation in makroskopischem Maßstab. (Im Labortischmaßstab, aber immerhin.)
Hinsichtlich der technischen Umsetzung ist einiges an Skepsis angebracht, aber immerhin erscheint sie durchaus machbar - im Gegensatz zur nur theoretisch denkbaren String-Zeitmaschine.

Man könnte ja mal spaßeshalber ausrechnen, wie schnell eine supraleitende Scheibe von 20 cm Durchmesser rotieren müßte, um in 10 cm Abstand 1 G Schwerkraft zu erzeugen.

Davon abgesehen wäre es eine wirklich revolutionäre psysikalische Entdeckung mit weitreichenden Konsequenzen.
che2001 (Gast) - 15. Nov, 11:41

Energiekrise im SciFiversum

Interessant ist, dass das aus Österreich kommt, wo es auch ein Institut für Teleportationsphysik gibt (in Innsbruck). Was die Umsetzbarkeit angeht: Och, man wird schon Antigravschweber bauen können, nur benötigt man dann vielleicht die Energie einer Supernova. Selbst ein Warp-Antrieb könnte funktionieren, wenn man zwei Schwarze Löcher von Galaxiengröße, eines materiellen, eines antimateriellen Ursprungs, im Reaktor zusammenbringt :-))))

Nachsatz: Ein Gleitschweber der Zukunft dürfte eher einer Kombination aus Hubschrauber, Hydrofoil und Hovercraft entsprechen, vielleicht mit in den Rumpf integrierten Mantelrotoren.
MMarheinecke - 15. Nov, 11:51

Ganz so viel Energie würde der Antigravschweber wohl nicht brauchen ...

... aber das Energieproblem ist in den meisten "Space Opera"-Universen schon eklatant. Selbst wenn man auf Überlichtflüge, Zeitmaschinen usw. verzichtet und sich "nur" auf den hochrelativistischen unterlichtschnellen Raumflug beschränkt, kommt man schnell zum Ergebnis, dass es keine bekannte oder auch nur diskutierte Energieversorgung für solch ein Raumschiff gibt. Selbst mit einem perfekt arbeitenden Materie-Antimaterie- Reaktor wären wohl höchstens 20 % Lichtgesschwindigkeit drin.

Nachsatz: Die gemessene nicht-newtonsche Schwerkraft beträgt immerhin um die 100 mikro-g, also 0,0001 % der Schwerkraft auf der Erdoberfläche. Der Strom für die Versuchsanordnung kommt aus einer gewöhlichen Steckdose. Der Antigravgleiter ist demzufolge kein sonderlich energieeffizientes Fahrzeug, aber man bräuchte keine Supernova und keinen Materie/Antimateriereaktor. Ich schätze, so pi mal Daumen, einige Gigawatt dürften für so ein Fahrzeug reichen ;).
che2001 - 15. Nov, 14:16

Ein einfacher Fusionsreaktor reicht aus? Na denn tau, Herr Skywalker! :-)


Hinsichtlich der relativistischen Geschwindigkeit möchte ich Dir allerdings vorsichtig widersprechen. Ich habe irgendwo mal gelesen, Eugen Sänger hätte ausgerechnet, dass mit Materie-Antimaterie-Reaktor ein Photonen-Raumschiff auf 3/4 Lichtgeschwindigkeit käme.
MMarheinecke - 15. Nov, 14:56

Ja, Sängers Berechnungen kenn ich. Aber auch neuere Berechnungen der British Interplanetary Society. Und selbst 3/4 c sind nicht die hochrelativistischen Geschwindigkeiten, die man für die in einige Space-Operas (z. B. Tau Zero von Anderson) beschriebenen Fernflüge bräuchte. (1000 Lichtjahre mal eben in 1 Monat Bordzeit runterreissen und so.)
che2001 - 15. Nov, 19:03

Selbst wenn es Raumschiffe gäbe, die den Grenzwert der Lichtgeschwindigkeit erreichten, hätten die ein Problem-bei einem Zusammenstoß auch nur mit einem kosmischen Staubkorn könnte ihre eigene Bewegungsenergie katastrophale Folgen haben. Andererseits - man versuche sich mal den Überschallflug aus der technischen Perspektive des Imperium Romanum vorzustellen.
Köppnick - 15. Nov, 23:10

@MMarheinecke

Zurück zur Antigravitation: Ein rotierender Supraleiter erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses wiederum induziert Ströme in allen leitenden Medien in der Nachbarschaft und erwärmt (in Abhängigkeit von der Frequenz mehr oder weniger stark) alle dielektrischen Stoffe.

Fazit: Antigravitation vielleicht, außer für alle Dinge, die Metalle, Kunststoffe, Eiweiße und Wasser enthalten. Da bleibt nicht sehr viel übrig. Solange es keine ordentliche Theorie für die Teilchen gibt, mit denen Masse und Gravitation beschrieben werden können, glaube ich nicht an praktisch Verwertbares.

PS: Man sollte nicht vergessen, dass bis jetzt bis auf viele Stellen nach dem Komma keine Abweichungen zwischen der "schweren" und der "trägen" Masse gefunden wurden, was eine elementare Voraussetzung der Relativitätstheorie ist. (Die schwere Masse ist die, die sich Körper gegenseitig anziehen lässt. Die träge ist die, die sich einer Beschleunigung durch eine Gegenkraft widersetzt.)
steppenhund - 16. Nov, 17:41

Ich halte es da mit Isaac Asimov. Der hat auch ganz phantastische Geschichten geschrieben, die er so wissenschaftlich angereichert hat, dass man schon sehr viel wissen musste, ob den "für uns zur Zeit nicht überbrückbaren Vorstellungsschritt" zu erkennen.
In Phantastic Voyage II beschreibt er eine Theorie zur Verkleinerung von Material, die von einer möglichen Veränderung der Planc'schen Konstante ausgeht. Wird aber die verbogen, so erhöht sich auch der Wert für die Lichtgeschwindigkeit.
Ich hab einen anderen Ansatz. Alles, was sich der Mensch ausdenken kann, könnte einmal real werden. Siehe Jules Verne.
steppenhund - 16. Nov, 17:36

Dennoch ist die Gemeinde der theoretischen Physiker skeptisch: "Sollte das Graviton eine Masse besitzen, müsste das Standardmodell der Teilchenphysik neu geschrieben werden", sagt etwa James Overduin von der Stanford University.

Ein großartiges Statement. Na und? !!! möchte man fragen. Wie oft ist das bereits in der Vergangenheit passiert. Warum soll ausgerechnet unsere Generation die Weisheit mit dem Löffel gefressen haben.
-
Im übrigen aber danke für diesen sehr anregenden Beitrag;)

che2001 - 17. Nov, 11:41

Diesem Dank schließe ich mich an. Zur Physik der Zukunft: So, wie die Quanten- und relativistische Physik selber einen Quantensprung gegenüber der Newtonschen- Foucaultschen- und Machschen Physik darstellt, könnte es ja durchaus sein, dass es eines Tages eine "Hyper"-Physik gibt, die uns noch nicht vorstellbar ist und auch zu nicht vorstellbaren Lösungen führt.
Köppnick - 17. Nov, 17:23

Masse und Graviton

Die Äußerungen von James Overduin sind weit tiefsinniger, als es den ersten Anschein hat. Wodurch äußert sich denn Masse? Durch seine anziehende Wirkung, d.h. die Gravitation, und durch seinen Widerstand gegenüber Änderungen seines Bewegungszustandes, d.h. durch seine Trägheit. Einstein hat in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesetzt, dass beide Massen, d.h. die schwere und die träge, gleich groß sind. Er beschreibt die Wechselwirkungen durch Felder.

In der Quantenphysik hingegen werden die Wechselwirkungen durch Teilchen beschrieben. Jede physikalische Wechselwirkung bekommt so ihr Teilchen verpasst, die Gravitation das (hypothetische) Graviton. Man erhält ein logisches Paradoxon, wenn das Teilchen, dass für alle anderen Teilchen die gravitative Wechselwirkung vermittelt, selbst eine Masse hätte. Denn dann müsste das Graviton selbst Gravitonen ausstrahlen.

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist 30-40 Jahre alt, es hat sich in dieser Zeit experimentell gut bewährt. Es sollte solange halten, bis man eine vereinheitlichte Theorie mit der Relativitätstheorie zustande bringt.

Ein Fehler, den viele Leute (auch Physiker) begehen, ist zu glauben, es gäbe Gravitonen (oder Elektronen, Photonen, Atome, etc.) wirklich. Tatsächlich sind das aber nur Modelle, mit denen wir unsere Beobachtungen beschreiben. Es sind aber Beschreibungen aus zweiter, dritter oder vierter Hand, denn niemand kann eines der oben erwähnten Teilchen sehen oder gar anfassen. Genauso falsch wäre es auch zu denken, etwas (zum Beispiel ein Tisch) bestünde aus Atomen. Auch dieser Gedankengang führt ganz schnell zu logischen Widerspüchen. Für das Alltagsdenken ist es ganz praktisch, aber in der Tiefe stimmt es einfach nicht.
MMarheinecke - 17. Nov, 17:44

Quantensprung

Es ist pure Besserwisserei, aber: Quantensprünge sind nur im durch "New Age"-Esoterik versauten geprägten Sprachgebrauch gewaltig groß. Beim (hypothetischen) instantanen Zustandsübergang von Quanten von einem Zustand in einen anderen handelt es um einen sehr kleinen Vorgang.
Ja, er braucht nicht instantan zu sein, in anderen Theorien tut es auch eine sehr kurze Zeit. Aber er bewegt sich immer noch in subatomaren Dimensionen.

Da wir schon mal in den gemeinhin esoterisch genannten Gefilden sind (auch wenn das, was ich praktiziere, nur am Rande mit dem zu tun hat, was man z. B. auf Eso-Messen findet): Es ist, im Rahmen einer Trancereise, durchaus interessant, es einmal zu versuchen, sich die Welt als System überlagernder Wellenfunktionen vorzustellen. Die Resultate eines entsprechenden - buchstäblich - Gedanken-Experimentes waren - im Wortsinn "unbeschreiblich", am ehesten als "im Nachhinein interessanter Horrortrip" zu beschreiben. Unangenehm aber bewußtseinserweiternd.
che2001 - 17. Nov, 22:47

Da reiche ich Dich dann an Genossin Netbitch weiter, die psychoanalytische Sitzungen unter LSD gemacht hat.
debunker (Gast) - 14. Mär, 14:56

Zu viel Perry Rhodan gelesen, ganz klar!
Ich halte das so was für pures Wunschdenken. Eher noch für einen Versuch, für sinnlose "Forschung", mit der sich ein paar spinnerte "Wissenschaftler" profilileren, Fördergelder abzugreifen.

Hellblazer - 4. Okt, 14:51

genau. Und wenn der Mensch je hätte fliegen können sollte hätte Gott ihm Flügel gegeben. Und wer mit einer Eisenbahn fährt, deren Geschwindigkeit 30kmh übersteigt stirbt, weil das Hirn die Geschwindigkeit nicht erträgt. Und...

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