De laatste jaren kom je op TV en in de bioscoop steeds meer science-fiction tegen, d.w.z. films en series die gebaseerd zijn op wetenschap en techniek die nu nog niet bestaat. De bekendste voorbeelden zijn natuurlijk Star Trek, Star Wars en Back to the future, waarin gereisd wordt door ruimte, tijd of allebei. Jullie weten natuurlijk allemaal wei dat wat je in die filmen TV-series ziet in het echt niet mogelijk is. Tenminste, n6g niet. De meeste dingen die je ziet, zijn namelijk niet zomaar fantasie: wetenschappers hebben.er heel goed over nagedacht of het in de toekomst misschien wei mogelijk zal zijn. Vooral bij Star Trek wordt daar enorm goed op gelet. In dit artikel ga ik proberen uit te leggen wat er bij al deze series nu precies 'science' (wetenschap) en wat er 'fiction' (fantasie) is. Vervoer in de ruimte De makkelijkste manier om je in de ruimte te verplaatsen is met behulp van voortstuwing. De bekende natuurkundige Isaac Newton (1642-1727) was de eerste die dit onder woorden bracht. "Aetie = reaetie" zei hij: nen maken. Diezelfde Isaac Newton namelijk dat als je kracht zet, het van je m (hoe zwaar je bent) afhangt hoeveel snelheid kunt bereiken. Dus als je een zwaar ru schip bouwt, moet je heel veel kracht zetten net zo hard vooruit te komen! En zoveel kunnen die 'deeltjesschieters' nu nog niet I reno Er is een heel groot probleem bij deze van bewegen in de ruimte. Ais een \/r\'''\n.,'... met een bepaalde snelheid beweegt, heeft een hoeveelheid bewegingsenergie. Op niks mis mee, maar Albert Einstein on dat deze energie ervoor zorgt dat het voo zwaarder wordt! Jullie kennen vast wei de mule E = me? E staat voor de beweginnc::t>n,,,,,,, [::V'1(2 \J~jhJ4{r/ (tea) OUI rse steen) "Actie= reactie" zeihij de formule E=mc2 van Ein-stein als je een voorwerp een duw geeft, duwt het voorwerp net zo hard terug. Dit merk je bijvoorbeeld als je vanuit een bootje de kant op probeert te springen. Jij gaat vooruit, maar tegelijkertijd gaat het bootje achteruit! De raketten van tegenwoordig gebruiken brandstof om vooruit te komen. De hete gassen die omlaag spuiten bij de verbranding van de brandstof zorgen voor de kracht omhoog. Je kunt ook elektrisch geladen deeltjes met hoge snelheid naar achteren schieten, dan ga je ook vooruit. Het nadeel hiervan is dat je ruimtescheepje heel erg licht moet zijn om veel snelheid te kun- gie, m voor de massatoename van het voorwerp en c voor de snelheid van het licht, bijna 300.000 kilometer per seconde. Bij lage snejheden is de bewegingsenergie niet zo hoag,. dus merk je er niets van dat het voorwe zwaarder is. Maar als je in de buurt van de lichtsnelheid komt, ga je het wei degelijk merken. En hoe zwaarder een voorwerp is, hcmij meer kracht je moet zetten om het meer snejheid te geven. Zoveel kracht zelfs, dat je niet sneller kunt dan het licht, omdat je dan oneindig veel energie nodig hebt. Dat schiet natuurlijk niet op: zo kom je nooit bij een andere ster! Bij Star Trek hebben ze daar een oplossin voor, de zogeheten warp-motor. Warp is Engels voor kromming en dat is precies waf deze motor doet: hij 'kromt' de ruimte, vouwt de ruimte op, als het ware, zodat het ruimtesch' een kortere afstand hoeft te overbruggen_ UniVersum 3_1nn(~-""
~------------------------------------~------------==~----------------------------~ het principe van 'warpen' Vergelijk de ruimte maar met een elastiekje: als je hem heel ver uitrekt, moet je een hele lange afstand overbruggen om van de ene kant naar de andere te komen. Ais je de uiteindes dichter bij elkaar brengt (dus het elastiekje minder strak spant), wordt de afstand korter. Over dit idee is goed nagedacht, er zijn zelfs hele motorontwerpen gemaakt. Volgens de makers van Star Trek zou je met deze motoren wei 2000 keer zo snel kunnen reizen als het licht! Toch jammer dat we ze nog niet kunnen bouwen... In Star Wars pakken ze het ietsje anders aan. Daar maken ze gebruik van de hyperspace, vrij vertaald 'superruimte'. De afstanden in deze hyperspace zijn korter dan in gewone ruimte, en daaram beweegt een ruimteschip daarin sneller. Dit kun je vergelijken met een berg waar je 6f overheen (gewone ruimte) 6f met een tunnel doorheen (hyperspace) kunt rijden. In tegenstelling tot Star Trek is er bij Star Wars niet zoveel bekend over hoe deze motoren met hyperspace-aandrijving zouden moeten werken, maar het idee is leuk. Wat je ook wei eens ziet zijn de zogenaamde wormgaten. Dit zijn een soort tunnels tussen het ene punt/moment in de ruimte/tijd (de tijd is de vierde dimensie, vandaar dat we over ruimte (eerste drie dimensies) en tijd spreken) en het andere. Als een ruimteschip door zo'n tunnel gaat, komt het op een andere plek of in een andere tijd uit. Het leuke van deze wormgaten is, dat ze bijna zeker kunnen Zozieteen wormgateruit bestaan! Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie zijn tijd en ruimte eigenlijk een ding, ruimtetijd, en is de zwaartekracht eigenlijk een kromming van de ruimtetijd, waardoor manen, planeten en zelfs licht worden afgebogen rond grate objecten zoals sterren. Het moet mogelijk zijn om de ruim.1-.l.---!---"1 tetijd z6 te krommen, dat er een tunnel ontstaat die twee punten met +-+-+-_-1 elkaar verbindt. Op die manier zou je niet aileen sneller dan het licht, maar ook in de tijd kunnen reizen! Het bekendste wormgat (in het Engels: wormhole) dat we kennen is... ----1 natuurlijk dat uit "Star Trek: Deep Space Nine", waarmee ruimtesche-.:-----j pen naar de andere kant van ons Melkwegstelsel heen en weer gaan. En ook in de serie "Babylon 5" komen we wormgaten tegen. (In UV-1 van dit jaar is ook al een en ander geschreven over wormgaten.) Stroomvoorziening Het zal waarschijnlijk veel energie kosten om de ruimte te kunnen 'krammen'. Daarom zijn de ruimteschepen in Star Trek uitgerust met een materie/anti-materie reactor. Het heelal is opgebouwd uit heel vee I materie (waterstof, zuurstof etc.) en een heel klein beetje antimaterie. Anti-materie is, de naam zegt het ai, het tegenovergestelde van materie en heeft dan ook een omgekeerde elektrische lading. (In de praktijk zou je overigens niets merken wanneer alles uit anti-materie zou bestaan in plaats van de gewone materie.) Ais een deeltje zijn eigen anti-deeltje tegenkomt, verdwijnen ze allebei. De formule E = mc 2 voorspelt dat hun gezamenlijke massa daarbij in (heel veel) energie wordt omgezet. En die energie kun je gebruiken om stroom op te wekken. Behalve met materie en anti-materie kun je ook met kernfusie stroom opwekken. Kernfusie is het proces waardoor sterren licht en warmte uitstralen. Door de hoge druk worden de deeltjes in het binnenste van een ster zo dicht op elkaar geduwd dat ze samenklonteren en een nieuw deeltje vormen. Hierbij verdwijnt een klein beetje massa, dat als energie vrijkomt (E = mc2, daar is hij weer). Op Aarde kunnen we dat proces nu nog niet nabootsen, omdat de tem- peratuur en de druk die daarvoor nodig zijn gewoonweg te hoog zijn. Maar misschien dat we dat in de toekomst wei kunnen. In Star Trek zijn ze daar maar vast van uitgegaan en daarom hebben de ruimteschepen daar ook een aantal fusiereacniversum 3-1998 ~
tors voor extra stroom. Transporters en replicators We hebben al gezien dat je massa in energie kunt omzetten. Ais je ook energie in massa zou kunnen omzetten, zou je misschien een makkelijke manier kunnen vinden om een voorwerp te verplaatsen! De transporters zoals je ze in Star Trek ziet zijn op dat idee gebaseerd. Op de ene plek wordt iemand in energie omgezet en vervolgens als energie verstuurd. Zodra die energie op de plaats van bestemming aankomt, wordt het weer omgezet in massa. Lekker makkelijk! Dat versturen van energie doen ze in Star Trek via subspace (subruimte). Het idee van subspace lijkt nogal op de hyperspace bij Star Wars, want ook hier gaat het erom de afstanden tussen twee punten te verkleinen. Het gaat via subspace z6 snel, dat je bijna meteen op r-------------------------- L..- de andere plek bent. In de loop van de serie kwamen kapitein Picard en zijn bemanning trouwens een paar leuke varianten tegen van de transporter. Zo bleek er een volk te zijn, dat een soort deur had gebouwd, waarmee je in een klap op een andere plek terecht kwam. En het ruimteschip Voyager stuitte ooit eens op een transporter waarmee je de halve Melkweg kon overbruggen! Ais je energie in massa kunt omzetten, kun je nog veel meer dingen doen. Zo kun je bijvoorbeeld eten klaarmaken: je neemt wat elektriciteit (stroom levert namelijk energie), zet die energie om in massa en klaar is je maaltijd! In Star Trek noemen ze de apparaten die hiervoor zorgen replicators. Nou moet ik er wei bij zeggen dat het niet erg waarschijnlijk is dat we dat ooit zullen kunnen. Niemand heeft namelijk ooit aan kunnen tonen dat je zomaar energie in massa om kunt zetten, aileen dat het andersom kan, en zelfs dat aileen onder bepaalde omstandigheden. De transporters en replicators zijn daarom misschien wei het minst realistisch van alles. *" Kunstmatige zwaartekracht Een van de belangrijkste dingen aan boord van een ruimteschip. Ais je geen zin hebt om met (erg zware) magnetische zolen onder je schoenen te gaan lopen, zul je kunstmatige zwaartekracht aan boord moeten opwekken. Hier zijn twee manieren vaor. De eerste manier klinkt bijna te simpel, maar hij werkt wei: ronddraaiuniversum 3 1 en. Ais je je ruimteschip of -station laat draaien, ontstaat er een soort centrif king. Alles wat binnen los zweeft wordt buiten toe geslingerd en daardoor lijkt het er zwaartekracht heerst. De tweede maniac vee I ingewikkelder, maar wordt wei in Star gebruikt. Men denkt dat zwaartekracht tot komt met behulp van wisselwerkingsd die heen en weer springen tussen twee werpen die elkaar aantrekken, waardoor naar elkaar toe bewegen. Deze deeltjes gravitonen genoemd, naar het Engelse gravity, dat zwaartekracht betekent. Het allemaal nogal vaag, maar het komt erop dat je voorwerpen naar je toe kunt trekken er met gravitonen op te schieten en ze kunt duwen door er met anti-gravitonen op schieten. In de vloeren aan boord van ruimteschip zitten een soort "gravitonenl<'~ln ndo nen' die ervoor zorgen dat iedereen die heen loopt naar beneden wordt Verder zitten er ook van die kanonnen aan buitenkant, om andere schepen of rotsdiokke. mee aan te trekken of weg te duwen. Dit men ze de tractor-beam of trekstraal ( hebben jullie vast al wei eens van gehoord). Ontspanning We hebben nu het ruimteschip bewoon gemaakt, maar het is natuurlijk niet de ling dat de bemanning zich verveelt! Ook voor bedachten ze bij Star Trek iets leuks. hebt het vast al een keer op TV of in de scoop gezien: het holodek. In zo'n holoae.:. kun je hele gebouwen, landschappen en mensen nabootsen. Met een replicator,.,,,...,alles aangemaakt wat dichtbij moet zijn en behulp van een heleboel kleine trekstraaltjes. de wand van het holodek wordt het bewog Ais het programma maar ingewikkeld gen is, kun je zelfs levende wezens zoals men
simuleren. Omdat het holodek vrij klein is, kun je er niet alles tegelijk in krijgen. Daarom worden de dingen die ver weg moeten lijken met zogenaamde 'hologrammen' nagebootst; je ziet ze dan wei, maar ze zijn er dus eigenlijk niet. Er is nu aileen een probleempje over. Stel dat je namelijk flink gaat rondwandelen in het holodek. Dan zou je op een gegeven moment tegen de wand op lopen! Gelukkig is ook daar aan gedacht. Ais je in het holodek rondloopt, lijkt het alsof je zelf beweegt. In werkelijkheid schuift het holodek onder je langs, net als op een lopende band. Op die manier kun je oneindig ver lopen, zander dat je ooit het holodek uit loopt. En zo kun je natuurlijk een heleboel leuke dingen doen in het holodek: kanoen, skien, tennissen... te vee I om op te noemen! ergens op af schieten. Vooral bij Star Wars zie je dit vaak, maar ook in Star Trek kom je het wei eens tegen. Deze ionen zijn echter wei een stuk langzamer dan de lasers en de phasers. Een nadeel van al deze wapens is dat ze allemaal niet sneller kunnen dan het licht. Ais je met hogere snelheden vliegt, werken ze dus niet meer! Hiervoor werd in Star Trek de fotontorpedo bedacht. Een fotontorpedo is een soort kist met een eigen besturing en een miniwarpmotor, zodat hij sneller dan het licht kan reizen. Verder heeft hij een lading materie en anti-materie aan boord. Net als bij de Verdediging Stel je voor, je komt in de ruimte een of ander vijandig ras tegen... hoe verdedig je je dan? Wat je zou kunnen doen, is lasers in je ruimteschip installeren. Lasers zijn apparaten die een zeer nauwe en krachtige lichtstraal uitzenden. In CD-spelers worden ze ook gebruikt om zeer nauwkeurig gegevens te kunnen aflezen. Gelukkig zijn die lasers niet erg sterk, want anders zouden al je CD's doorbranden! Maar door andere kleuren licht te gebruiken waar meerenergie in zit, bijvoorbeeld blauw of ultraviolet, en een veel sterker laserapparaat, kun je een flink gat branden in een voorwerp, bijvoorbeeld een vijandig ruimteschip! Een variant hierop die je in Star Trek ziet is de phaser. Bij phasers wordt geen gebruik meer handphaser gemaakt van licht, maar van superkleine deeltjes die met de snelheid van het licht worden weggeschoten. Ais ze een voorwerp raken, breken ze de structuur van het voorwerp af, zodat het uit elkaar valt in kleinere deeltjes. Bij lage sterktes kan het voorwerp zich weer herstellen, maar als je hardere schoten lost, kan het voorwerp gaan branden of zelfs verdampen! Er zijn twee versies van de phaser: eentje voor ruimteschepen en eentje voor de bemanning. Wat je ook nog kunt doen is een wolk met elektrisch geladen deeltjes, ionen genaamd, hier wordt het 'cloaking device' nag eens -duidelijk uitgelegd materie/anti-materiereactor kunnen deze ladingen bij elkaar worden gebracht, waarbij dan heel veel energie vrijkomt. Deze energie bestaat uit fotonen (dit zijn de deeltjes waar onder andere lichtstralen en radiosignalen uit bestaan), vandaar de naam fotontorpedo. Je begrijpt dat dit een erg krachtig wapen is als je het op een vijandig schip afvuurt! Maar wat als iemand anders nu op jou schiet? Daarvoor zul je een schild moeten hebben. In Star Trek (en waarschijnlijk ook bij Star Wars, maar dat is niet bekend) bestaat dit schild uit een krachtveld om het schip heen. Hierbij moet je denken aan een soort wolk van anti-gravitonen (ongeveer als bij de tractorbeam), die voorwerpen die in de buurt van het schip komen wegduwen. Ais de schilden omhoog zijn, is het meestal onmogelijk om de transporter te gebruiken, omdat ook die niet door het krachtveld heen kan dringen. Een van de leukste dingen uit Star Trek vind ik zelf het zogeheten cloaking device, meestal vertaald als 'camouflage-apparaat'. Dit apparaat zorgt ervoor dat een ruimteschip iversum 3-1998
van buitenaf onzichtbaar wordt, zodat de vijand je niet meer ziet. Ook hier is goed over nagedacht door de makers van Star Trek. Dat je een ruimteschip ziet, komt doordat de lichtdeeltjes die erop schijnen weerkaatst worden. Ais je ervoor zorgt dat deze lichtdeeltjes worden tegengehouden, kun je het ruimteschip niet meer zien. Er is aileen een nadeeltje. Ais er een voorwerp achter het ruimteschip staat, kun je dat 66k niet zien, terwijl je het wei zou kunnen zien als het onzichtbare ruimteschip er niet was. Op die manier zou je dus toch ontdekt kunnen worden, omdat er dan een soort zwarte vlek voorbij vliegt. Het cloaking device zorgt ervoor dat lichtdeeltjes van achter het ruimteschip om het schip heen worden gebogen, zodat ze aan de andere kant weer in dezelfde richting verder vliegen. Zo lijkt het alsof het licht gewoon rechtdoor is gegaan, en kun je het onzichtbare ruimteschip dus helemaal niet meer ontdekken! Tijdreizen Dit onderwerp is altijd goed voor een flinke dosis humor en verwarring. Over de vraag of reizen door de tijd echt mogelijk is en op welke manier zijn de meningen nog verdeeld. En is het mogelijk om ervoor te zorgen dat de geschiedenis niet meer klopt, of zal de tijd een soort 'Ius' vormen waardoor alles precies op zijn pootjes terecht komt? Dit komt terug in de stonden twee varianten van de geschiedenis: eentje met de oorlog en eentje zonder. In de Back to the future films gaat het op een andere manier. Marty, de hoofdpersoon, reist terug naar 1955 (nog v66r zijn geboorte) en verandert de geschiedenis voor zijn ouders. Dat gaat bijna fout als zijn moeder niet op zijn vader, maar op hem verliefd wordt! Uiteindelijk komt alles toch weer goed en reist Marty weer terug naar de toekomst (1985), die inderdaad ietsje anders blijkt te zijn geworden... Kan dit eigenlijk wei? Je eigen verleden veranderen en je daarna nog kunnen herinneren hoe het was v66rdat je het veranderde? Eigenlijk kun je dat aileen verklaren door te zeggen dat je, als je in de tijd reist, niet in je eigen heelal terecht komt, maar in een soort 'parallel heelal'. Ais je in dit heelal veranderingen aan zou brengen, zou dit geen gevolgen hebben voor je eigen verleden, dat immers in een ander heelal heeft plaatsgevonden. Een beetje vaag, maar hoe kan Marty zich anders iets herinneren dat nooit is gebeurd! Tenslotte Je hebt inmiddels wei gemerkt dat er toch wei vee I echte wetenschap bij komt kijken. Daardoor wordt het af en toe ook wei een beetje ingewikkeld. De science-fiction van nu heeft een heleboel wetenschappers aan het den ken gezet over wat er nu wei en niet mogelijk is. En ze zijn het er nog steeds niet over eens! Zal de mens ooit een 'warpmotor' bouwen en in een 'holodek' rondlopen? Of mogen we blij zijn als we ooit nog eens een Marskolonie kunnen stichten? Gelukkig zijn wij allemaal nog erg jong en zullen we vast wei een paar nieuwe uitvindingen meemaken. En misschien zit de warpmotor daar ook wei tussen... wie weet? * Un;Ve,sum 3-199 twee varianten van tijdreisverhalen: de Star Trek variant en de Back to the future variant. Bij Star Trek kwam ooit het volgende verhaal voor. Ruimteschip A reisde via een wormgat naar de toekomst, waar zij ruimteschip B tegenkwam. Dit ruimteschip B was in oorlog met het buitenaardse ras de Klingons. Deze oorlog was uitgebroken omdat het enige ruimteschip dat deze oorlog had kunnen voorkomen, namelijk ruimteschip A, lang geleden verdween! Ruimteschip B besloot daarom ruimteschip A terug naar het verleden te sturen, zodat de oorlog nooit zou uitbreken. Hierdoor ont- iversum grotendeels gebaseerd Op het knamige artikel uit het blad Arago focus" jaargang 28 nummer 3. De auteur was Bas Middelbos. De redactie He! Eel W E