Schneller als das Licht :
Datum: Saturday, 17.September 2005 - 07:57:39
Thema: Physik


Prof. Dr. Günter Nimtz

Wir alle haben in der Schule gelernt, daß die Geschwindigkeit des Lichts etwa 300000 Km/s beträgt und daß nichts, aber auch gar nichts im Universum schneller sein kann als das Licht, und das sagte kein geringerer als Albert Einstein.
Wenn da nicht ein Professor aus Köln gewesen wäre. Professor Günter Nimtz von der Universität Köln, 2. Physikalisches Institut, ein experimenteller Physiker, behauptet, die Lichtgeschwindigkeit experimentell überschritten zu haben.



Sein Versuchsaufbau ist relativ einfach, nichts spektakuläres, es sind im Prinzip nur 3 Stück Hohlleiter. (Leitungen für elektromagnetische Wellen besonders hoher Frequenz, sogenannte Mikrowellen).

Überlichtschneller Tunnel ! Das einzig besondere (wie im Foto zu sehen ist, ist das gelbe Mittelteil. Dieses gelbe Mittelteil hat einen etwas kleineren Durchmesser (Querschnittsverengung) als die links und rechts montierten Hohlleiterstücke.

Aber genau in diesem gelben Rohr, das Prof. Nimtz Tunnel nennt, geschehen die unglaublichen Dinge.

Die Mikrowellen, die er da durchschickt, werden in dem gelben Rohr schneller als das Licht.

Prof. Nimtz erklärt das so : Mikrowellen brauchen einen genügend dicken Hohlleiter, damit sie hindurchkönnen. Auch wenn man durchschauen kann, nicht jede Welle paßt durch jeden Querschnitt. Für die Wellen, die er verwendet, ist das schmale gelbe Hohlleiterstück eigentlich zu eng. Nur wenn sie sich verwandeln - eben tunneln - dann gelangen sie an das andere Ende.

Diese Sensation regt die beiden Physiker mittlerweile gar nicht mehr auf, sie setzten sogar noch eine Sensation darauf !

Musik - also Information - wollen sie mit Überlichtgeschwindigkeit durch das Rohr jagen : Mozarts 40. Symphonie.

Die Musik von der CD soll sozusagen Huckepack von den Mikrowellen mitgenommen werden, nicht anders als beim Radio - aber mit Überlichtgeschwindigkeit.

Das Experiment soll beweisen, daß beim überlichtschnellen Tunneln nicht nur Müll am anderen Ende ankommt, wie bisher gedacht, sondern daß auf diesem Wege Informationen übertragen werden können. Doch noch sieht es nicht danach aus. So unscheinbar das kleine Stück Rohr aussieht, es gibt Rätsel auf. Was genau darin passiert - niemand weiß das hundertprozentig.
Schon lange, seit den 50er Jahren, gibt es Berechnungen, die überlichtschnelle Geschwindigkeit vorausgesagt haben. Weil das aber Einstein zu widersprechen schien, wurden sie so lange verändert, bis schließlich doch höchstens Lichtgeschwindigkeit dabei herauskam. Fällt jetzt das Idol ?
Es klappt ! Für Prof. Nimtz beweist dies : Das Tunneln von Informationen mit Überlichtgeschwindigkeit ist möglich. In weiteren Messungen mit längeren Tunnelstrecken sogar nicht nur mit doppelter, sondern mit 4,7-facher Lichtgeschwindigkeit.
Doch das tollste ist : Prof. Nimtz sieht damit Einsteins Relativitätstheorie gar nicht als widerlegt an.

Prof. Günter Nimtz:
"Das ist ja gerade das Aufregende. Wir behaupten nicht, daß die Relativitätstheorie da jetzt zu Fall gebracht wird. Keineswegs, die hat nach wie vor, zumindest für die normalen Bereiche ihre Gültigkeit. Normal nenne ich, wo Wellenausbreitung stattfindet. Aber es kann sein, daß das Tunneln sich akausal verhält. Daß sie also nicht sagen können und unsere Experimente haben das so gezeigt, daß wir nicht wissen, ob am Eingang oder am Ausgang das Signal zuerst ist, weil es eben im Tunnelbereich keine Zeit benötigt. Und das ist ja der Grund, warum es schneller sich durch den Tunnel bewegt als die Lichtgeschwindigkeit."

Gut, wir halten also fest: Schneller als das Licht, aber aber nicht im Widerspruch zu Einstein, weil der sich mit dem Tunneln gar nicht beschäftigt hat.


Daß Professor Nimtz viele Kritiker und Neider hat ist klar, doch da gibt es auch andere Physikerkollegen, die sich ernsthaft mit seinen Entdeckungen auseinandersetzen.

So zum Beispiel ein junger deutscher theoretischer Physiker , der auf der anderen Seite der Erde arbeitete - in Australien. Kann er den Widerspruch lösen ?
Dr. Kreimer kannte die Experimente von Prof. Nimtz genau. Auch er war zunächst äußerst skeptisch. Aber dann fand sich für ihn ein theoretischer Lösungsansatz, wie die Musik schneller als das Licht durch den Tunnel kommen kann.
Eine wissenschaftliche Arbeit, die ebenfalls in Köln entstanden war.

Prof. Dirk Kreimer, Theoretischer Physiker:
"Das war der Thorsten Ehmig von der Uni Köln, der hat sich im wesentlichen Gedanken gemacht über das Tunneln von Gauss'schen Wellenpaketen. Wir sind sehr vertraut damit, daß in einem Wellenzug alle möglichen Komponenten drin sind, Vorläuferwellen, allermöglicher Müll sozusagen, das geht rein, das wird bei diesem Tunneln sozusagen zerstört.
Da gibt es Dinge, die breiten sich instantan (sofort) aus; das sind aber keine Informationsträger, das ist irgendein Müll, der geht sozusagen da schnell durch, der interessiert uns aber nicht weiter, das ist sozusagen Rauschen, das ist kein Signal.
Wenn diese Rechnung stimmt, dann zeigt sich aber, daß dieser Müll sich sozusagen verschwört, um das Signal, das am Anfang rein geht, doch zu einem Maße zu reproduzieren, daß ich es wiedererkennen kann am anderen Ende der Tunnelstrecke, d.h. dieser Müll ist plötzlich diese Musik, die hier durchkommt.
Das ist erstaunlich und diese Rechnungen hier sind nur ein Anfang in dem Sinne, daß sie nur mit einem vereinfachten Modell arbeiten und erst mal nur ein bestimmtes Signal untersuchen, was mathematisch eine sehr einfache Form hat, so daß es von der Rechnung her zugänglich ist.
Und trotzdem verblüfft dieses Ergebnis schon."

Noch immer gab es Zweifel. Zu heftig waren die Widersprüche. Man suchte nach einer weitere Bestätigung, die die Verwirrung vielleicht auflösen könnte, und fand sie in Wien.

Tief im Keller der technischen Universität. Hier hat die Abteilung für Quantenelektronik und Lasertechnik ihre Labors. Prof. Krausz, selbst erst 33 Jahre alt, leitet ein junges Wissenschaftler - Team, das sich mit sehr kurzen Laserimpulsen beschäftigt.
Als er von den überlichtschnellen Phänomen hörte, war für ihn klar, daß dies ein ideales Anwendungsgebiet für das Herzstück seiner Entwicklungarbeit ist: Einem Laser, der die kürzesten Lichtimpulse der Welt aussenden kann. Die würde er durch einen Tunnel schicken. Weil die Impulse so kurz sind, würde dabei eine äußerst genaue Zeitmessung möglich sein.
Der Tunnel sieht ganz anders aus als der in Köln. Schließlich ist es eine Barriere für Laserstrahlen und nicht für Mikrowellen. Für Laserstrahlen - wie für jedes Licht, ist ein Spiegel eine solche Barriere. Er reflektiert. Trotzdem tunnelt hier ein gewisser Anteil des Lichtes durch den Spiegel durch. Genau darum geht es. Wie schnell wird das Licht, wenn es durch diesen Tunnel geht ?
Der Strahlengang wird mit Nebel aus flüssigem Stickstoff überprüft. Er ist kompliziert, denn der Strahl, der durch den Spiegel-Tunnel geht, wird verglichen mit einem Strahl, der durch die Luft geht.

Nach einigen Stunden präzisester Einstellarbeiten steht das Ergebnis fest. In Wien wird die Messung von Überlichtgeschwindigkeit voll bestätigt.

Prof. Ferenc Krausz, Technische Universität Wien:
" Was wir hier beobachten können ist eine deutliche zeitliche Verschiebung des einen Signals gegenüber dem anderen, und aus diesem Zeitunterschied können wir die Zeit errechnen, die unser Lichtimpuls in der Tunnelstrecke verbringt, in etwa die 3-fache Lichtgeschwindigkeit."

Genauso wie zuvor in Köln zeigt sich auch in Wien: So lang auch der Tunnel ist, die Zeit, die der Strahl braucht, um ihn zu durcheilen, bleibt immer gleich: Null.
Im Tunnel vergeht keine Zeit.

Prof. Ferenc Krausz:
"Man könnte wenigstens ein Gedankenexperiment durchführen, indem man die Tunnelstrecke unendlich ausdehnen würde und gleich der Ausdehnung des Universums machen würde. Daraus würde sich dann das Resultat ergeben, daß diese unendlich lang ausgedehnte Tunnelstrecke quasi instantan (sofort) durch die Lichtimpulse überwunden wird.
Allerdings dafür müßte man natürlich einen sehr sehr hohen Preis zahlen, und zwar, was wir am Ende der Tunnelstrecke rausbekommen wäre ein praktisch unmeßbar kleines Signal."

Von hier nach dort in Null Sekunden. Bestechend. Aber die quasi illegale Geschwindigkeit muß bezahlt werden. Bestechungsgelder sozusagen.
Alle wissenschaftlichen Arbeiten dazu kommt zu diesem Ergebnis. Sehr schnell nimmt mit längerer Tunnelstrecke das Signal ab. Nur ein Bruchteil kommt an.

Noch ein Physiker aus Berkeley (USA) beschäftigt sich mit dem Tunneln von Licht und kommt zu überlichtschnellen Ergebnissen.
Eine weitere Bestätigung für die Messung in Köln. Und noch mehr, wie sich später herausstellen sollte.
Professor Raymond Chiao, ein Chinese, der schon seit den 60er Jahren in Berkeley ist, und sein Team tunneln mit einzelnen Photonen, den kleinsten Teilchen, aus denen das Licht besteht. Das muß in absoluter Dunkelheit passieren - schon das bißchen Licht für unsere Kamera ist eigentlich zuviel.
Quelle für die schwächsten Lichtteilchen, die es überhaupt gibt ist ein Laser. Prof. Chiao ist ein Schüler des Erfinders der Lasertechnik, ein Nobelpreisträger, der sein Büro gleich nebenan hatte.

In dem Tunnel - ein hauchdünner Spiegel - erreichen die Photonen fast zweifache Lichtgeschwindigkeit - ohne, wie auch Prof. Chiao ausdrücklich betont, Einsteins Gesetz zu verletzen.
Was sich durch diese Scheibe bewegt, sind eben keine Wellen. Und nur damit hat sich Einstein beschäftigt.
Von Informationen ist bei Prof. Chiao allerdings keine Rede. Da es absolut zufällig ist, wann eines der Lichtteilchen durch die Barriere dringt - und wann nicht - sind damit keine Informationen zu übertragen. In Berkeley verfolgt man eine andere Richtung: Hin zu immer höheren Geschwindigkeiten - so hoch, daß einem dabei schwindelig werden kann.

Prof. Raymond Chiao, University of California, Berkeley:
"Jetzt glauben wir, das Licht kann unendlich schnell sein, oder sogar negativ. Gruppengeschwindigkeiten mit denen wir hier in Berkeley arbeiten, in einem speziellen Medium - ich sollte betonen das ist theoretisch und nicht im Experiment - dort können wir Impulse mit unendlicher Geschwindigkeit beobachten, oder sogar mit negativen Geschwindigkeit. Negative Geschwindigkeit, das heißt, bevor die Spitze eines Impulses den Eingang des Mediums erreicht, hat sie schon den Ausgang am anderen Ende verlassen. Als wenn der herauskommende Impuls vor der Zeit wüßte, daß am Eingang etwas ankommen würde."

"Das heißt es geht ein Impuls zurück in dem Medium und löscht den ursprünglichen Impuls aus. Und zwar genau so - es ist wie eine Vorahnung daß er kommen wird - so daß der herausgehende Impuls eine perfekte Reproduktion des ursprünglichen Impulses ist. Nur daß er schon vorher herauskommt.
Das ist ein sehr merkwürdiger Effekt. Aber das geht aus der Standard-Theorie von Maxwell und der Quantenmechanik hervor.
Wir werden hier in Berkeley ein Experiment aufbauen, um diesen äußerst merkwürdigen Effekt zu demonstrieren."

Man kann es noch nicht sehen, denn Prof. Chiao's Experiment ist noch nicht fertig. Aber in dieser Zelle soll es passieren. Geschwindigkeiten schneller als unendlich. Der Puls kommt eher an als sofort. Eine Vorahnung. Nichts mystisches, sondern pure Physik.

Prof. Chiao ist sicher, daß das Experiment gelingen wird. denn in der Theorie, sagt er, ist längst alles klar.

Prof. Raymond Chiao:
"Im Prinzip hätte man das alles schon nach der Erfindung des Lasers durch meinen alten Lehrer, Prof. Charles Townes und andere, berechnen können. Nachdem man das Prinzip des Lasers verstanden hatte, hätte man all diese Berechnungen machen können, schon damals in den 60er Jahren. Aber aus bestimmten Gründen blieb das lange unentdeckt, vielleicht wegen unseres Vorurteils, daß nichts schneller als das Licht sei könne. Das hat uns blind gemacht gegenüber diesen Möglichkeiten.
Deshalb ist es so wichtig, diese Experimente zu machen, um zu zeigen daß es wirklich geht:
Doppelt so schnell wie das Licht, vierfach, unendlich schneller, sogar negative Geschwindigkeiten, die schneller als das Licht sind. "

Man kann sich die Frage nicht verkneifen, ob sich außer Licht und Mikrowellen nicht auch Materie mit Masse und Gewicht mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen können.
Auch nach allem, was wir bisher gesehen hatte - die Antwort ist absolut überraschend.

(Siehe Bericht in diesem Magazin "BEAMEN")

Prof. Raymond Chiao:
"Teleportation ist wirklich möglich in der Quantenmechanick, für mikroskopische Teilchen wie Photonen oder Elektronen, vielleicht eines Tages sogar für Atome. Aber derzeit ist es praktisch unmöglich für große Dinge, wie zum Beispiel Menschen...wie in dieser Fernsehserie Star Trek, wo Leute an einer Stelle verschwinden und woanders wieder auftauchen. Makroskopische Dinge haben eine sehr große Masse. Für alle praktischen Anwendungen ist das unmöglich. Beim Tunneln: Niemals wird ein Mensch durch eine Wand auf die andere Seite tunneln."

Regiert hier der Zufall ?
Ist der Tunnel akausal, wie der Physiker das nennt ?

Prof. Günter Nimtz:
"Ich weiß beim besten Willen im Moment nicht, ob Tunneln kausal oder akausal ist. Ich weiß nur, daß im Moment keine endgültige Theorie vorliegt, die die Kausalität des Tunnel-Prozesses bestätigt.
Auf der anderen Seite ist es eine hochbrisante Frage philosophischer Natur - Entstehung des Weltalls.
Es wird hier behauptet, daß der Kosmos durch den Urknall entstanden sei, hinter dem ein Tunnel-Prozeß liegt, also die Welt ist entstanden durch einen Tunnel-Prozeß von dem einen Zustand in unseren Zustand.
Und jetzt stellt sich die Frage: Hat die Welt einen Grund - ist sie kausal oder ist sie rein zufällig entstanden - ist sie akausal ?"

Ein befremdlicher Blick auf die Welt. Aber war das nicht immer so, wenn Neues entdeckt wird ?
Die Reise an die Grenzen der Physik ist ein Abenteuer, das mehr Fragen als Antworten liefert. Das einzige sichere ist: So wird es bleiben.

Versuchsanordung für  überlichtschnellen Tunnel



Lesen Sie dazu auch den neuesten Artkel : Überlichtgeschwindigkeit für alle !

In diesem Sinne, Ihr TopDog ....







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