Zukünftige Astronauten, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu fernen Sternen und Galaxien reisen, könnten keine Kommunikation von der Erde empfangen, bis ihr Schiff sein Ziel erreicht, mit Ausnahme einer kurzen Zeit nach dem Start, so die Ergebnisse einer neu veröffentlichten wissenschaftlichen Studie.
Wenn es um Kommunikation mit nahezu Lichtgeschwindigkeit geht, scheinen die Gesetze der Physik sehr gegen uns zu sein. Zugegeben, auf der Erde ist die Zeitverzögerung zwischen dem Senden und Empfangen einer Nachricht kaum wahrnehmbar. Allerdings bringen größere Entfernungen auch größere Probleme mit sich. Beispielsweise kann es 5 bis 20 Minuten dauern, bis ein Satellit, der den Mars umkreist, eine Nachricht von der NASA empfängt, und über 22,5 Stunden, um die Sonde Voyager 1 zu erreichen, die sich derzeit in einer Entfernung von über 15 Milliarden Meilen durch das interstellare Medium bewegt von der Erde.
Dies geht aus den Ergebnissen eines kürzlich auf der Forschungsplattform veröffentlichten Artikels hervor arXiv, wird das Problem der Fernkommunikation um Größenordnungen schwieriger, wenn das Raumschiff, mit dem Sie sprechen möchten, sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt. Derzeit bleibt das Reisen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fest im Bereich der Science-Fiction. Nur weil eine Technologie derzeit unmöglich erscheint, heißt das nicht, dass sie nicht eines Tages erfunden wird, insbesondere wenn man die Geschwindigkeit des technologischen Fortschritts unserer Spezies berücksichtigt.
Schließlich lagen zwischen der Erfindung des Motorflugs im Jahr 1903 und den ersten Schritten der Menschheit auf dem Mond im Jahr 1969 nur 66 Jahre. Wer kann schon sagen, wozu wir in ein paar Jahrhunderten fähig sein werden? Als Vorbereitung auf einen solchen Fall versuchten die Autoren der arXiv-Studie, die Kommunikationsschwierigkeiten zu untersuchen, mit denen Raumschiffe konfrontiert sein könnten, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die Studie berücksichtigte zwei unterschiedliche Missionsszenarien, in denen Raumschiffe Nachrichten sendeten, während sie von einem Start-/Startpunkt zu einem entfernten Landeplatz reisten. Das erste Szenario untersuchte das einsame Schicksal eines Raumschiffs, das eine unmögliche konstante, nie endende Beschleunigung erfährt, während die zweite, realistischere Mission ein Raumschiff beinhaltete, das auf der ersten Hälfte seiner Reise beschleunigte, bevor es in Vorbereitung auf die Landung abbremste.
In beiden Fällen wird die Kommunikation, die zum und vom Raumschiff gesendet wird, in Photonen (Lichtteilchen) kodiert, die sich im leeren Vakuum des Weltraums ständig mit Lichtgeschwindigkeit (670.616.629 Meilen pro Stunde) fortbewegen, gemäß Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie .
Diese kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung würde – zusammen mit anderen relativistischen Effekten – schwerwiegende Probleme für die Raumschiffe mit nahezu Lichtgeschwindigkeit schaffen, wenn sie versuchen, mit der Zivilisation in Kontakt zu bleiben, die sie zurückgelassen hat. Nach Berechnungen der Forscher handelte es sich um ein Raumschiff Eine konstante Beschleunigung wäre in der Lage, Nachrichten in den frühen Phasen einer Mission zu empfangen, wobei die Signallatenz zunimmt, bis die Besatzung schließlich einen „Ereignishorizont“-Punkt erreicht. Danach würden die vom Startplatz gesendeten Photonen von der reisenden Raumsonde nie mehr entdeckt werden, so dass sie auf ihrem Weg durch die Leere des Weltraums isoliert bliebe.
Das zweite, realistischere Missionsprofil erwies sich als komplexer. In diesem Szenario war das austretende Raumschiff für relativ kurze Zeit in der Lage, Nachrichten von seinem Startort zu empfangen, bevor auch es in einen Kommunikationsausfall geriet, nach dem alle weiteren Nachrichten vom Ursprungsort vom Raumschiff nicht mehr abgefangen werden konnten bis es sein Ziel erreichte.
In der Zwischenzeit wäre das Schiff in der Lage, unidirektionale Übertragungen zum Startort zu senden und während der gesamten Mission Nachrichten von seinem endgültigen Ziel zu empfangen. Allerdings wurden die von der Raumsonde an ihr Ziel gesendeten Nachrichten erst kurz vor der Ankunft des Raumschiffs empfangen.
Die relative Natur des Zeitablaufs würde der interstellaren Reise eine weitere Ebene der Komplexität verleihen. Experimente haben gezeigt, dass die Zeit unterschiedlich verläuft, je nachdem, wo man sich im Universum befindet und was man tut.
Beispielsweise scheinen Uhren, die in der Nähe extrem massereicher Himmelsobjekte angebracht sind oder auf einem Raumschiff angebracht sind, das sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, langsamer zu ticken als eine Uhr, die von einem externen Beobachter gehalten wird, der von einem relativ stationären Ort in der Leere des Weltraums aus zuschaut . Dies ist ein Effekt, der als Zeitdilatation bekannt ist und ständig am Werk ist, im Alltag auf der Erde jedoch kaum spürbar ist.
Bei einem Raumschiff, das sich jedoch mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegt, könnte die Zeitdilatation – gepaart mit anderen Effekten – dazu führen, dass eingehende Kommunikation verzerrt wird und sie gestreckt oder gestaucht wird, je nachdem, wer die Nachrichten sendet oder empfängt. Außerdem würde es für Astronauten an Bord eines Raumschiffs mit nahezu Lichtgeschwindigkeit weniger Zeit bedeuten als für die Besatzung eines Außenpostens auf einem Planeten.
Aufgrund der in dem Papier aufgeführten Probleme wäre eine autonome Robotermission einer Mission mit menschlicher Besatzung vorzuziehen, die zweifellos die Auswirkungen der Isolation von der Zivilisation, die sie während längerer Blackout-Zeiten zurückgelassen hatte, deutlich spüren würde.
In den relativ kurzen Zeiträumen, in denen die Kommunikation mit dem Zuhause möglich ist, würden die extremen Wartezeiten zwischen den Nachrichten die bidirektionale Kommunikation gelinde gesagt zu einer Herausforderung machen. Stattdessen schlagen die Autoren vor, dass Missionen auf einseitiger Kommunikation beruhen könnten.
Anthony ist ein freiberuflicher Autor, der für IGN über Wissenschafts- und Videospielnachrichten berichtet. Er verfügt über mehr als acht Jahre Erfahrung in der Berichterstattung über bahnbrechende Entwicklungen in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen und hat absolut keine Zeit für Ihre Spielereien. Folgen Sie ihm auf Twitter @BeardConGamer