Physik in »Mass Effect«

Zur Zeit spiele ich die Mass Effect Trilogie. Im Gegensatz zu anderen Science Fiction Universen stolpere ich häufig über die Physik.

Gute Beispiel für glaubwürdiges Science Fiction sind:

Stargate

Hier kommt die Technologie von den Antikern, die ursprünglich auf der Erde gelebt haben und die Technik hinterlassen haben. Das Stargate kann ein Wurmloch aufbauen und stabilisieren. So wirklich ausgeschlossen ist das nach meinem Verständnis der allgemeinen Relativitätstheorie (ART) nicht.

Die Raumschiffe legen große Distanzen im Hyperraum zurück, in dem unsere vierdimensionale Raumzeit eine Oberfläche ist. In diesem höherdimensionalen Raum gibt es dann Abkürzungen, weil die normale Raumzeit hier gekrümmt ist. Je nach dem, wie das exakt gemacht ist, ist das noch kein Widerspruch zur aktuellen Physik, Stringtheorie hat ja auch mehr Dimensionen.

The Expanse
Dies ist letztlich »nur« mit Ingenieursleistung zu schaffen. Die Arbeit von Ingenieuren schätze ich sehr; ich meine, dass es keine neue Physik für diese Serie braucht. Es existiert einzig ein hocheffizienter Antrieb und ein Serum, das Menschen Beschleunigungen von 40 Erdbeschleunigungen aushalten lässt. Das ist insgesamt sehr plausibel.

In Mass Effect gibt es aber so ein paar Dinge, bei denen ich echt lachen musste.

Massenportale

Hauptbestandteil sind die Massenportale. Diese waren schon vor der Menschheit da (analog zu Stargate) und können für Sprünge zu anderen Portalen genutzt werden. Wäre das mit Wurmlöchern, wäre das ja okay.

Aber der Masseneffekt wird so beschrieben, dass mit einem Feld aus dunkler Energie die Masse des Raumschiffs verändert wird. Dies geht indem mit elektrischen Feldern eine Menge von Element Zero angeregt wird. Durch die Veränderung der Masse des Raumschiffs kann dies dann mit Überlichtgeschwindigkeit fliegen. Abgesehen davon, dass »ÚLG« ähnlich bekloppt klingt wie »DFÜ« (Datenfernübertragung) oder »Arbeitnehmerpauschbetrag«, stimmt das so nicht. Egal wie leicht oder schwer das Raumschiff ist, es muss unterhalb der Lichtgeschwindigkeit bleiben. Selbst wenn man es komplett masselos machen könnte, würde ich sich gerade einmal mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Dann könnte es aber nicht mehr langsamer werden.

Leute schreiben, dass dies glaubhaft ist, weil es wirklich physikalische Theorien zur dunklen Materie gibt. Das macht es für mich aber nicht direkt glaubhaft. Wie in den weiteren Beispielen zu sehen ist, sind die Konzepte alles aus der Physik genommen, dann aber falsch verwendet.

In einem anderen Artikel wird Michio Kaku (bekannter theoretischer Physiker) interviewt. Er sagt, dass das mit der Überlichtgeschwindigkeit nicht geht. Bei den Massenportalen verweist er auf unser weniges Wissen zu Wurmlöchern. Wurmlöcher sind ja in der ART in Ordnung. Daraus folgere ich dann, dass das mit der dunklen Energie nicht so solide ist.

Künstliche Schwerkraft auf der Zitadelle

Es gibt eine riesige Raumstation, die Zitadelle. Diese rotiert um künstliche Schwerkraft zu erzeugen. Das ist auch alles plausibel. Gestört hat mich ein Hinweisschild in dieser: Dort stand, dass man als Nebeneffekt der künstlichen Schwerkraft beim Springen Richtung Fenster gezogen wird.

Wahrscheinlich geht es hier um die Corioliskraft. Diese wirkt allerdings immer senkrecht zur Drehachse, also in der Drehebene. Der Boden ist sinnigerweise so angebracht, dass man nach oben Richtung Drehachse schaut. Die Bewegung entlang des Ringes liegt also genau in der Drehebene. Wenn man Springt, so hat man eine Bewegung radial. Die Corioliskraft ist das Kreuzprodukt von Geschwindigkeit und Drehachse. Da gerade die Drehachse Richtung Fenster zeigt, treibt einen die Corioliskraft beim Sprung entlang des Ringes.

Es sei denn, die Fenster sind zwischen den Segmenten des Ringes, aber das ergibt auch wieder wenig Sinn.

Thermomagazine

Im ersten Teil hat man Energiewaffen, die einfach nur heiß laufen. Dann muss man etwas warten, bis sie wieder abkühlt. Das erscheint plausibel.

Im zweiten Teil aber hat man eine fixe Menge Munition. Dies wird dadurch erklärt, dass dies Thermomagazine sind. Die Waffen sind weiterhin Energiewaffen, brauchen aber Kühlung. Und zur Kühlung wird irgendein Stoff aus dem Magazin entnommen und die Wärme daran abgegeben. Dieser erwärmte Stoff wird dann aus der Waffe geworfen und das nächste auf Umgebungstemperatur reingeladen.

Wenn es also nur Wärmespeicher sind, dann könnten die für alle Waffen doch gleich sein, oder? Aber man hat für jede Waffe eine getrennte Munition. Mir scheint das nicht sonderlich logisch. Zwar haben die Waffen unterschiedliche Wärmeentwicklung, aber dann könnte man einfach pro Schuss zwei oder drei Wärmekörper nutzen. Somit wäre man dann flexibler.

Ansonsten kann man sich auch fragen, warum die Waffen im ersten Teil noch über Kühlkörper funktioniert haben, während man im zweiten Teil ohne Thermomagazin noch nicht mal einen einzigen Schuss abfeuern kann.

Bose-Einstein-Kondensat Munitionsmodifikation

Im ersten Teil hatte ich irgendwann eine Modifikation für Munition gefunden. Beschreibung:

Abkühllaser verwandeln Munition in ein kleines Bose-Einstein-Kondensat, eine Masse ultra-kalter Subatomarpartikel, um getroffene Ziele schlagartig einfrieren zu können.

Dieses Kondensat gibt es, und man nutzt in der Tat Laserkühlung dafür. Aber das Problem ist, dass das Kondensat der Bose-Einstein-Statistik folgt. Das ist das Gegenteil zur Fermi-Dirac-Statistik. Der entscheidende Unterschied ist, dass immer nur ein Fermion (Fermi-Dirac-Statistik) pro Zustand erlaubt ist. Dadurch ergibt sich zum Beispiel das Orbitalmodell (oder die nicht ganz korrekten Vereinfachungen Schalenmodell und Bahnmodell) oder Atome. Ohne diese sogenannte Pauli-Prinzip könnten alle Atome in der Materie um uns herum auf einem Fleck zusammenfallen.

Die Bosonen (Bose-Einstein-Statistik) hingegen haben dieses Pauli-Prinzip nicht, davon können beliebig viele auf einem Fleck sein ohne sich zu stören. Lichtstrahlen bestehen aus Photonen, die Bosonen sind. Mit dieser Munitionsmodifikation wären die Projektile dann also wie Licht und könnten womöglich durch Materie passieren. Das ist doch wirklich genau, was man nicht möchte.

Und das mit dem Einfrieren klappt so auch nicht. So eine Gewehrkugel wiegt vielleicht 10 g. Bei der Wärmekapazität von 500 J/kg K und einer Kühlung um grob 300 K haben wir dann 1500 kJ. Einen Ziel, das vielleicht 75 kg wiegt mit einer Wärmekapazität von 4200 J/kg K macht das eine Abkühlung von 0.005 Grad Celsius. Das merkt man wohl nicht. Die Wärmekapazität von Metallen ist nicht konstant, wird aber nur weniger, der Effekt ist realistisch eher noch geringer.

Aber ganz davon ab: Waren das nicht gerade Energiewaffen, die keine Munition aus Materie haben?

Quantenkommunikator

Die SSV Normandy hat im zweiten Teil einen Quantenkommunikator. »Quanten-Irgendwas« klingt immer total cool, zumindest wenn man es nicht den ganzen Tag macht. Die VI auf dem Schiff erklärt Commander Shepard wie der funktioniert (sinngemäß):

Zwei Quantenpartikel werden verschränkt und getrennt. Einer ist hier auf dem Schiff, der andere bei Cerberus. Nimmt einer der Partikel einen Zustand an, so nimmt sein Partner instantan den gegenteiligen Zustand an. Auf diese Weise können wir Nachrichten schicken.

Shepard fragt dann nach, warum man sowas nicht überall hat. Die VI erklärt weiter:

Die Quantenpartikel sind extrem teuer. Außerdem ist die Bandbreite gering, weil man immer nur ein Bit gleichzeitig übertragen kann. Und dann braucht man für jede Verbindung ein eigenes Paar.

Der Teil bis zum gegenteiligen Zustand stimmt. Der Haken an der Sache ist aber, dass man sich den Zustand nicht aussuchen kann. Nimmt man zwei Elektronen als Teilchen, so könnte man die vertikale Komponente ihres Spins messen. Dabei gibt es zwei Antworten: oben und unten. Wird das Paar so erzeugt, dass es in Summe neutral ist, so wird eins immer oben und eins unten sein. Misst einer der beiden dann sein Elektron, wird er zufällig eine Antwort bekommen, danach ist der Zustand aber fest. Misst der andere, wird er das Gegenteil von der ersten Messung bekommen.

Dadurch lässt sich aber keine Information übertragen, weil der andere nicht weiß, ob er durch seine Messung den Quantenzustand zu einer Festlegung gezwungen hat oder der andere es schon gemacht hat. Und darüber hinaus ist die Verschränkung nach der Messung auch aufgelöst.

Teuer sind Quantenpartikel nicht, ein Liter Wasser enthält schon mehr als \(10^{25}\) Teilchen, die alle »Quantenpartikel« sind. Die Verschränkung und Trennung sind schwer, aber im Labor auch möglich.

Dass immer nur ein Bit gleichzeitig übertragen werden kann sagt auch nichts über die Bandbreite aus. Bei USB wird auch nur immer ein Bit gleichzeitig übertragen, und trotzdem ist das verdammt schnell. Die Frage ist einfach, wie lange die Übertragung eines Bits braucht.