Star Trek: Über 22 Millionen Atomkraftwerke für einen Earl Grey – die verblüffende Logik hinter dem Replikator

Technisches Wunderwerk der Enterprise-D: Der Replikator an Bord erzeugt Picards Tee nicht aus reiner Energie, sondern ordnet vorhandene Rohmaterie neu an. (Bildquelle: Paramount)

»Tee, Earl Grey, heiß.«

Mehr muss Captain Picard gar nicht sagen, und wenige Augenblicke später steht eine Tasse heißen Tees vor ihm.

Verantwortlich dafür ist der Replikator. Er gehört zu den Technologien in Star Trek, die oftmals nur nebenher laufen. Er bringt niemanden zu fremden Sternen oder beamt Menschen.

Dennoch kann der Replikator etwas, das noch viel grundlegender ist: fast alles herstellen.

Nur eben nicht wirklich aus dem Nichts. Aber dennoch anders, als die allermeisten vermutlich denken.

Auch in Star Trek kommt die Materie irgendwoher

Denn technisch sind Replikatoren eng mit den Transportern verwandt.

Kurz und bündig: Sie greifen auf gespeicherte molekulare Muster zurück und formen vorhandene Rohmaterie entsprechend um.

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Im Falle des Nahrungsreplikators beschreibt das offizielle technische Handbuch sogar explizit eine vorbereitete organische Mischung aus Rohstoffen, die zunächst dematerialisiert und anschließend nach einem gespeicherten Muster neu zusammengesetzt wird – zu einem Stück Kuchen oder eben heißem Earl Grey.

Masse lässt sich nach Einsteins berühmter Gleichung E = mc² zwar tatsächlich aus Energie erzeugen, und in Teilchenbeschleunigern passiert das auch regelmäßig, aber für eine Tasse Tee oder dergleichen wäre das eine denkbar schlechte Lösung.

250 Gramm Materie wären energetischer Irrsinn

Nehmen wir mathematisch einmal 250 Gramm Materie an, die wir aus Energie erzeugen wollen. Einstein zufolge ergibt sich daraus eine Ruheenergie von rund 2,25 × 10¹⁶ Joule – das entspricht etwa 5,4 Megatonnen TNT, also etwa dem 360-Fachen der Sprengkraft der Hiroshima-Bombe Little Boy.

Ein Replikator auf dieser Basis wäre weniger Küchengerät als Kraftwerk – ein gigantisches, wohlgemerkt. Denn ein Kraftwerk mit einem Gigawatt elektrischer Leistung bräuchte ungefähr 260 Tage, um so viel Energie bereitzustellen.

Oder anders ausgedrückt: Wenn der Replikator eine Sekunde für 250 Gramm Materie braucht, müssten die Maschinen der Enterprise die Leistung von 22,5 Millionen Ein-Gigawatt-Kraftwerken gleichzeitig aufbringen.

Da erscheint die Star Trek-Lösung doch gleich viel vernünftiger: Lieber Materie »neu anordnen« als sie komplett aus Energie zu formen.

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Eher Recyclinganlage als Materie-Zauberkasten

Zwar verschwindet das Energieproblem damit nicht völlig, aber es schrumpft immerhin drastisch.

Denn auch das Zerlegen, Umwandeln und erneute Zusammensetzen von Materie wäre extrem anspruchsvoll.

Innerhalb des Star Trek-Universums vermeidet man, die gesamte Ruhemasse neu aus Energie erzeugen zu müssen. Eine sterilisierte organische Teilchensuspension dient als Basis, wird aber per Dematerialisierung zu einem subatomaren Materiestrom umgewandelt, nach dem gespeicherten molekularen Muster verändert und am Ende wieder materialisiert.

Entscheidend ist: Die benötigte Masse stammt aus vorhandener Rohmaterie und muss nicht vollständig neu aus Energie erzeugt werden.

Ein passender Vergleich: Am ehesten ließe sich der Replikator als Mischung aus Recyclinganlage, Chemiefabrik und 3D-Drucker vorstellen – nur eben auf molekularer Ebene.

Besonders wichtig ist auch: Der Nahrungsreplikator ist laut TNG Technical Manual zwar auf eine höhere »Auflösung« eingestellt als der Hardware-Replikator, weil es wichtig ist, Nahrung möglichst genau zu replizieren – hinsichtlich der Auflösung bleibt er jedoch deutlich unter dem Personentransporter.

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Einen Apfel zu bauen ist komplizierter, als einen Apfel zu replizieren

Ebendarum ist es auch leichter, einen Apfel zu replizieren, denn der Replikator muss nicht sämtliche Quantenzustände kennen, um Geschmack, Geruch, Konsistenz und Nährwert zu treffen. Entscheidend sind die richtigen Moleküle und ihre Organisation auf molekularer und größeren strukturellen Ebenen.

Für Nahrung und gewöhnliche Gegenstände scheint das zu reichen. Für lebende Menschen allerdings nicht.

Ein paar entfernte Verwandte gibt es schon

3D-Lebensmitteldrucker können bereits essbare Ausgangsmaterialien formen. Beim sogenannten Bioprinting lassen sich sogar biologische Strukturen aus Zellen aufbauen.

Allerdings haben beide mit dem Replikator aus Star Trek technisch nur sehr weit entfernt zu tun. Die Gemeinsamkeit besteht darin: Ein digitaler Bauplan bestimmt, wie vorhandenes Material angeordnet wird.

Selbst für einen realistischen Replikator müsste Materie also vermutlich gar nicht erst aus Energie erzeugt werden.

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Aus heutiger Sicht ist das dennoch ferne Zukunftsmusik. Und ob eine solche molekulare Neuanordnung überhaupt jemals technisch gelöst werden kann, bleibt vorerst offen.

Picards Earl Grey wäre physikalisch jedenfalls wesentlich plausibler aus vorhandener Rohmaterie herzustellen als aus reiner Energie zu erzeugen.