‚Project Hail Mary’s‘ Relativitätsproblem ist komplizierter als du denkst

(SeaPRwire) –   Wenn Ryland Grace in Projekt Hail Mary Tau Ceti erreicht, sind für seinen menschlichen Körper und seine fragile Psyche etwa vier Jahre vergangen. Aber aufgrund der Effekte der Zeitdilatation sind auf der Erde etwa 12 bis 14 Jahre vergangen. Und das ist erst der Anfang der Geschichte. Am Ende von Projekt Hail Mary sind auf der Erde Jahrzehnte vergangen, aber Grace ist kaum älter geworden. Im Buch sagt er, er sei 54 Jahre alt, obwohl seit seiner Geburt 71 Jahre auf der Erde vergangen sind. Sowohl im Buch als auch im Film ist Grace jünger, als er es angesichts der auf der Erde verstrichenen Zeit sein müsste.

Für diejenigen, die Andy Weirs Roman noch nicht gelesen haben, gibt es in der Prosa deutlich mehr mathematische und wissenschaftliche Erklärungen über Graces Reise als der Film zeigt. Wie Grace uns am Ende des Buches erzählt: „Ich habe viel zeitdilatiert gereist.“ Dies bezieht sich auf Reisen mit extrem hoher Gravitation oder das Annähern an die Lichtgeschwindigkeit, was dazu führt, dass die Zeit für den Reisenden relativ langsamer vergeht. Stimmt also die Mathematik in Projekt Hail Mary? Wie funktioniert das alles? Und versteht Rocky wirklich nichts über Relativität?

Inverse sprach mit Dr. Becky Smethurst, einer Astrophysikerin an der University of Oxford, Autorin von Eine kurze Geschichte der Schwarzen Löcher, und beliebter YouTuberin, um deine brennenden Fragen zu den Zeitunterschieden in Projekt Hail Mary zu beantworten und zu erklären, wie die Physik all dies erklären kann.

Warum die Zeit nicht überall gleich ist

Eines der Grundprinzipien von Projekt Hail Mary beruht auf etwas, das Lorentz-Transformation genannt wird, was hilft, Zeitdifferenzen zu berechnen, wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert. Wie Smethurst Ryan Gosling in einem ihrer Interviews sagte, ist die grundlegendste Art, die Zeitdilatation im Film zu verstehen, die folgende: „Raum und Zeit sind relativ, und es hängt davon ab, wie schnell du reist.“ Je näher du an der Lichtgeschwindigkeit unterwegs bist, desto langsamer vergeht die Zeit für dich. Aber für diejenigen, die mit viel geringeren Geschwindigkeiten unterwegs sind – sagen wir die 67.000 mph (0,0099911 Prozent der Lichtgeschwindigkeit), mit denen wir auf der Erde um die Sonne kreisen – tickt die Zeit in einem schnelleren Takt.

Auch wenn wir eine Million und eins Pop-Science-Erklärungen zu diesem Aspekt der Relativität auf YouTube zur Hand haben, verwirrt das Konzept den Geist weiterhin. Doc Browns Fahrt mit 88 Meilen pro Stunde ermöglichte es dir im ersten Zurück in die Zukunft-Film in die Vergangenheit zu reisen, aber in der Realität führt je schneller du dich bewegst, desto wahrscheinlicher landest du in „der Zukunft“, weil die Zeit für dich langsamer vergeht. Atomuhren im Orbit haben bewiesen, dass dieses Phänomen existiert, und wenn es nicht so wäre, würde GPS überhaupt nicht funktionieren.

Dennoch sind viele unserer Gehirne darauf programmiert, die Vorstellung nicht zu akzeptieren, dass eine erhöhte Geschwindigkeit, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, das Erleben des Zeitverlaufs verändern kann. Im Roman hebt Weir diese Idee hervor, indem er enthüllt, dass Rocky und alle Erdianer „nichts über relativistische Physik wissen“. Im Buch geht Rocky so weit zu sagen: „Natürlich ist die Zeit gleich. Die Zeit ist überall gleich.“

Rockys Sichtweise ist weit verbreitet, sogar in interstellaren Sci-Fi-Geschichten wie Star Trek, deren Sternzeit-Protokolle fehlerhafte Wissenschaft offenbaren, auch wenn sie einige Hintergrundinformationen zur Relativität bieten. Als sie danach gefragt wurde, bestätigt Dr. Smethurst im Wesentlichen, dass das Gegenteil dieses Klischees wahr ist. „Ich finde es interessant, darüber nachzudenken, wie das [Sci-Fi-Lichtgeschwindigkeits-Klischees] in die Psyche der Menschen gelangt“, sagt Smethurst Inverse. „Denn selbst bei der Suche nach außerirdischem Leben erkennen die Leute nicht, wie sehr es auf das Timing ankommt.“

Rocky und Grace hatten also Glück, dass sie sich trafen, als sie es taten, aber Smethurst weist auch darauf hin, dass es Projekt Hail Mary gelungen ist, an diesen Punkt zu gelangen, ohne zu sehr bei der Raumfahrtwissenschaft zu schummeln.

Offensichtlich ist das nahezu unbegrenzte Energieniveau von Astrophage als Energiequelle Fiktion, aber wenn wir akzeptieren, dass der von Astrophage angetriebene Spin-Antrieb auf der Hail Mary ständig weiter beschleunigen und sich der 94-prozentigen Lichtgeschwindigkeit nähern kann, dann, bestätigt Smethurst, ja, all das ergibt Sinn im Bereich der spekulativen Wissenschaft. „Die Zeitpläne für das Buch, in Bezug auf das, was tatsächlich passiert, und die Tatsache, dass am Ende des Buches die relativen Alter von Ryland und Stratt vollständig stimmen“, sagt Smethurst.

Ryland Grace verbrachte etwa vier Jahre seiner erlebten Zeit mit der Reise zu Tau Ceti, während auf der Erde etwa anderthalb Jahrzehnte vergingen. Weir erhielt diese Zahlen, indem er sich die Lorentz-Transformation ansah, aber sich auch tief in die Details vertiefen musste, wie sich die Konstanten in dieser Gleichung aufgrund der ständigen Beschleunigung der Hail Mary selbst veränderten. Wenn das Schiff mit konstanter Geschwindigkeit gereist wäre, wäre die Zeitdilatationsgleichung aus einer Sci-Fi-Sicht einfacher gewesen. Aber Weir hat es, um es realistischer zu machen, auch komplizierter gemacht.

„Es ist wirklich ein Lob an Andy, dass er diese Berechnungen durchgeführt hat und nicht nur Berechnungen auf der Rückseite eines Briefumsens“, erklärt Smethurst. „Er hätte einfach annehmen können, dass Grace die ganze Zeit mit dieser Geschwindigkeit reist, obwohl wir wissen, dass er es in der Realität nicht tut … Wenn du beschleunigst, ändert sich deine Geschwindigkeit ständig, was bedeutet, dass die Dauer deiner Erfahrung ständig ändert. Auf einmal ist es keine schöne, einfache Gleichung mehr; es ist eine Menge Analysis.“

Würde ein weltraumfahrender Außerirdischer wirklich die Relativität nicht verstehen?

Obwohl dies im Film nicht detailliert untersucht wird, ist die Tatsache, dass die Erdianer kein Konzept von Relativität haben, im Buch ein wichtiger Handlungspunkt, der Rockys Hintergrundgeschichte hilft zu erklären. Aber wie realistisch ist diese Idee? Wie könnte eine weltraumfahrende Spezies ein tolles Raumschiff bauen und die Kraft von Astrophage nutzen, ohne etwas über die Auswirkungen von Schwerkraft und Geschwindigkeit auf die Zeit zu wissen?

Smethurst erzählt Inverse, dass es eigentlich ziemlich einfach ist, sich diese Art Wissenslücke vorzustellen, und das liegt daran, dass technisches Know-how nicht dasselbe ist wie wissenschaftliche Entdeckung.

„Wir haben Menschen zum Mond geschickt, bevor wir wussten, dass Schwarze Löcher existieren“, weist Smethurst hin. „Auf der Erde hat die Wissenschaft die Technik fast überholt, während auf Rockys Planeten die Technik die Wissenschaft überholt hat. Für die Mondlandungen 1969 hatten wir die Wissenschaft des Schubs. Was wir nicht hatten, waren die Computer. Also hat die Wissenschaft die Technik überholt, während es auf Rockys Planeten andersherum ist.“

Es ist also möglich, dass Rocky selbst im echten Leben dort auf dem Planeten Erid nicht existiert, aber seine Wissenschafts- und Technologieprobleme könnten in der Realität passieren. Und wenn du Projekt Hail Mary schaust und dich fragst, ob Rocky und Grace wirklich so gut in Mathe, Ingenieurwesen und Wissenschaft sind, wie sie scheinen, lautet die Antwort ja. Aber alles ist relativ.

Projekt Hail Mary ist jetzt in den Kinos.