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Hätte Picards Star-Trek-Warp-Manöver auch in der Realität funktioniert?
Science-Fiction mit überraschend stimmiger Physik: Beim berühmten Picard-Manöver aus „Star Trek: The Next Generation“ soll ein Warp-Sprung den Gegner mit zwei Bildern der USS Stargazer täuschen. Eine neue theoretische Analyse zeigt jedoch, dass im idealisierten Modell zeitweise sogar drei Bilder sichtbar wären. Entscheidend ist der Wechsel von Ruhe zu Überlichtgeschwindigkeit und zurück.
Santo André (Brasilien). Licht braucht Zeit, um von einem Objekt zu einem Beobachter zu gelangen. Deshalb zeigt jedes sichtbare Bild den Zustand eines etwas früheren Augenblicks. Bei alltäglichen Geschwindigkeiten ist dieser Unterschied winzig, doch bei einem hypothetisch überlichtschnellen Raumschiff kann die Verzögerung zu mehreren gleichzeitig sichtbaren Positionen führen.
Genau darauf basiert das Picard-Manöver in der Episode „The Battle“. Die Stargazer wechselt auf Warp, stoppt kurz vor dem gegnerischen Ferengi-Schiff und eröffnet das Feuer. In der Serie erscheinen dadurch zwei Bilder des Raumschiffs. Der Gegner schießt auf das falsche und wird überrumpelt.
Der Physiker Níckolas de Aguiar Alves von der Universidade Federal do ABC (UFABC) hat nun untersucht, wie viele Bilder ein ruhender Beobachter in einem solchen Szenario tatsächlich erhalten würde. Dazu stellte er die Bahn der Stargazer in Raumzeitdiagrammen dar und verfolgte, wie oft Licht aus verschiedenen Abschnitten dieser Bahn zur selben Beobachtungszeit beim Ferengi-Schiff eintreffen kann.
Die entscheidende Größe ist die sogenannte retardierte Zeit, also der frühere Zeitpunkt, von dem das gerade eintreffende Licht stammt. Bei Unterlichtgeschwindigkeit gibt es für einen gegebenen Beobachtungszeitpunkt höchstens eine passende retardierte Zeit. Bewegt sich ein Objekt dagegen mit konstanter Überlichtgeschwindigkeit, kann die Gleichung zwei Lösungen besitzen. Dann wäre das Objekt an zwei verschiedenen Positionen zugleich sichtbar.
Beim Picard-Manöver bleibt die Geschwindigkeit aber nicht konstant. Die Stargazer startet in Ruhe, beschleunigt über die Lichtgeschwindigkeit und kommt danach wieder zum Stillstand. Dadurch wird ihre Bahn so gekrümmt, dass das Licht im Modell zeitweise aus drei verschiedenen Phasen gleichzeitig beim Beobachter eintrifft. Zu sehen wären ein Bild von vor dem Manöver, eines vom Flug selbst und eines von der bereits wieder gestoppten Stargazer.
Das zusätzliche Bild hätte sogar eine ungewöhnliche Eigenschaft. Während die Zeit auf dem Ferengi-Schiff voranschreitet, würde die während des Manövers sichtbare Stargazer scheinbar rückwärts entlang ihrer Bahn laufen. Später verschmilzt dieses Bild mit dem älteren, sodass schließlich wieder nur eine Position des Raumschiffs sichtbar bleibt.
Der Effekt lässt sich noch steigern. In einem zweiten Modell lässt de Aguiar Alves die Stargazer das Manöver zweimal hintereinander ausführen. Dann können zeitweise bis zu fünf Bilder desselben Schiffs auftreten. Entscheidend ist nicht ein spezieller Star-Trek-Trick, sondern die kompliziertere Bewegung: Durch Beschleunigen und Abbremsen kann dieselbe Beobachtungszeit zu mehr als zwei möglichen Emissionszeitpunkten passen.
Die Rechnung ist kein Beleg dafür, dass ein Raumschiff tatsächlich schneller als Licht fliegen könnte. Das Modell blendet ausdrücklich aus, wie eine solche Überlichtbewegung zustande kommen soll, und nimmt eine annähernd flache Raumzeit an. Es untersucht also die Lichtlaufzeiten unter einer bewusst fiktiven Voraussetzung.
Die zugrunde liegende Mathematik ist dennoch nicht nur Science-Fiction. In materiellen Medien breitet sich Licht langsamer aus als im Vakuum. Teilchen können sich dort schneller bewegen als das Licht in diesem Medium, ohne die Vakuumlichtgeschwindigkeit zu überschreiten. Für beschleunigte Teilchen können dann ebenfalls mehrere retardierte Zeiten auftreten.