Höchstgeschwindigkeit für UFO's im Weltall
04.05.2009 um 13:17Schneller als das Licht
Nichts, so besagt die Relativitätstheorie Albert Einsteins, ist schneller als das Licht. Dies sollte somit auch für Lichtteilchen, sogenannte Photonen, gelten. Zwei deutsche Physiker glauben aber nun, dass bei ihrem Versuchsaufbau die Photonen schneller sind als das Licht. Ist Einsteins Theorie also falsch?
Günter Nimtz von den Universitäten in Köln und Koblenz sowie Alfons Stahlhofen von der Universität in Koblenz sind auf dem Gebiet der Photonen mit Überlichtgeschwindigkeit keine Unbekannten. Schon in den 90er-Jahren des 20. Jahrhunderts beschäftigten sich die Wissenschaftler mit den – auf den ersten Blick – sehr merkwürdigen Erscheinungsformen des Tunneleffekts.
Dieser Effekt der Quantenmechanik beschreibt das – inzwischen sicher nachgewiesene – Phänomen, dass ein Teilchen eine Barriere, die es eigentlich nicht überwinden können sollte, manchmal eben doch durchdringen kann – indem es durch die Barriere "tunnelt". Der Effekt beruht auf der berühmten Heisenbergschen Unschärferelation, nach der man in der Quantenwelt Ort und Impuls eines Teilchens nie gleichzeitig genau bestimmen kann.
Der Tunneleffekt, so merkwürdig er auf den ersten Blick auch erscheinen mag, spielt in unserer realen Welt eine wichtige Rolle, sei es etwa bei den Kernfusionsprozessen in der Sonne, beim radioaktiven Zerfall oder in einem Rastertunnelmikroskop.
Mit ihrem neuen Versuchsaufbau glauben Nimtz und Stahlhofen nun gezeigt zu haben, dass Photonen eine Barriere dank des Tunneleffektes ohne Zeitverlust durchdringen können – und dies für Barrieredicken von einigen Millimetern bis hin zu einem Meter. Sie folgern draus, dass die Photonen mit Überlichtgeschwindigkeit unterwegs gewesen sein müssen.
Für ihr Experiment verwendeten die Physiker zwei Glasprismen. Schiebt man diese zusammen, erhält man einen Würfel aus Glas, auseinander gezogen hat man zwei dreieckige Glastürmchen. Solange die beiden Prismen zusammenstehen fällt Licht, das auf bestimmte Weise auf eines der Prismen gestrahlt wird, gerade durch die beiden Glasblöcke.
Das Verhalten ändert sich allerdings, wenn man die Prismen auseinanderzieht: Es entsteht eine Barriere aus Luft zwischen den beiden Glasblöcken, die dafür sorgt, dass der größte Teil des Lichtes an dieser Barriere gebrochen wird und das zweite Prisma gar nicht erreicht. Einige wenige Photonen jedoch können die Luftbarriere durchdringen und bewegen sich so, als würden die beiden Prismen immer noch in ihrer Ausgangsposition Glas an Glas zusammenstehen.
Mit entsprechend angebrachten Detektoren konnten Nimtz und Stahlhofen nun feststellen, dass Photonen, die die Luftbarriere durchtunneln können und das zweite Prima erreichen, für diesen Weg exakt so lange benötigen, wie die Photonen, die an der Luftbarriere gebrochen wurden. Die getunnelten Photonen müssen also die Strecke zwischen den beiden Prismen in einer Zeit zurückgelegt haben, die sehr viel höher ist als die Lichtgeschwindigkeit und sich deswegen mit dem Experiment gar nicht messen lässt.
Die Zeit, die die Photonen zum Tunneln benötigten, so eine weitere Beobachtung, scheint sich auch nicht zu ändern, wenn man den Abstand zwischen den Prismen vergrößert. Die beiden Physiker konnten dies bis zu einem Prismenabstand von einem Meter nachweisen. "Das ist", so sagte Nimtz der britischen Wissenschaftszeitschrift New Scientist, "die einzige Verletzung der speziellen Relativitätstheorie, die ich kenne."
Die Wissenschaftler erklären sich das beobachtete Verhalten mit sogenannten virtuellen Teilchen, in die sich die Photonen am Anfang der Barriere verwandeln, diese als solche durchqueren und dich dann an der Grenze zum zweiten Prisma wieder in reale Photonen verwandeln. "Wir kennen solche virtuellen Teilchen aus vielen mikroskopischen Wechselwirkungen", schreiben die Physiker in einem Artikel, den sie unlängst auf dem Artikelserver arXiv.org zur Verfügung stellten. "Hier aber haben wir ein Beispiel für eine makroskopische Distanz von einem Meter".
Ist also nun Einsteins Relativitätstheorie in Gefahr? "Einstein kann weiterschlafen", meinte der vom New Scientist befragte Experte Aephraim Steinberg von der Universität im kanadischen Toronto. Der Quantenoptiker zweifelt nicht an den Ergebnissen des deutschen Physikerduos, glaubt aber nicht an eine Verletzung der Relativitätstheorie. Alles sei, so Steinberg, nur eine Frage der Interpretation.
Man könnte das am ehesten mit einem Schnellzug vergleichen, der etwa zwischen Chicago und New York verkehrt. Um die Geschwindigkeit des Zuges zu messen, stoppt man den Zeitpunkt, zu dem die Zugmitte den jeweiligen Bahnhof verlässt. Auf seinem Weg nach New York lässt der Zug allerdings immer wieder einige Wagons zurück, so dass am Ende nur noch zwei Wagen am Endbahnhof ankommen. Die Mitte des Zuges ist nach vorne gewandert, obwohl der Zug nicht schneller geworden ist.
und nun........?
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Nichts, so besagt die Relativitätstheorie Albert Einsteins, ist schneller als das Licht. Dies sollte somit auch für Lichtteilchen, sogenannte Photonen, gelten. Zwei deutsche Physiker glauben aber nun, dass bei ihrem Versuchsaufbau die Photonen schneller sind als das Licht. Ist Einsteins Theorie also falsch?
Günter Nimtz von den Universitäten in Köln und Koblenz sowie Alfons Stahlhofen von der Universität in Koblenz sind auf dem Gebiet der Photonen mit Überlichtgeschwindigkeit keine Unbekannten. Schon in den 90er-Jahren des 20. Jahrhunderts beschäftigten sich die Wissenschaftler mit den – auf den ersten Blick – sehr merkwürdigen Erscheinungsformen des Tunneleffekts.
Dieser Effekt der Quantenmechanik beschreibt das – inzwischen sicher nachgewiesene – Phänomen, dass ein Teilchen eine Barriere, die es eigentlich nicht überwinden können sollte, manchmal eben doch durchdringen kann – indem es durch die Barriere "tunnelt". Der Effekt beruht auf der berühmten Heisenbergschen Unschärferelation, nach der man in der Quantenwelt Ort und Impuls eines Teilchens nie gleichzeitig genau bestimmen kann.
Der Tunneleffekt, so merkwürdig er auf den ersten Blick auch erscheinen mag, spielt in unserer realen Welt eine wichtige Rolle, sei es etwa bei den Kernfusionsprozessen in der Sonne, beim radioaktiven Zerfall oder in einem Rastertunnelmikroskop.
Mit ihrem neuen Versuchsaufbau glauben Nimtz und Stahlhofen nun gezeigt zu haben, dass Photonen eine Barriere dank des Tunneleffektes ohne Zeitverlust durchdringen können – und dies für Barrieredicken von einigen Millimetern bis hin zu einem Meter. Sie folgern draus, dass die Photonen mit Überlichtgeschwindigkeit unterwegs gewesen sein müssen.
Für ihr Experiment verwendeten die Physiker zwei Glasprismen. Schiebt man diese zusammen, erhält man einen Würfel aus Glas, auseinander gezogen hat man zwei dreieckige Glastürmchen. Solange die beiden Prismen zusammenstehen fällt Licht, das auf bestimmte Weise auf eines der Prismen gestrahlt wird, gerade durch die beiden Glasblöcke.
Das Verhalten ändert sich allerdings, wenn man die Prismen auseinanderzieht: Es entsteht eine Barriere aus Luft zwischen den beiden Glasblöcken, die dafür sorgt, dass der größte Teil des Lichtes an dieser Barriere gebrochen wird und das zweite Prisma gar nicht erreicht. Einige wenige Photonen jedoch können die Luftbarriere durchdringen und bewegen sich so, als würden die beiden Prismen immer noch in ihrer Ausgangsposition Glas an Glas zusammenstehen.
Mit entsprechend angebrachten Detektoren konnten Nimtz und Stahlhofen nun feststellen, dass Photonen, die die Luftbarriere durchtunneln können und das zweite Prima erreichen, für diesen Weg exakt so lange benötigen, wie die Photonen, die an der Luftbarriere gebrochen wurden. Die getunnelten Photonen müssen also die Strecke zwischen den beiden Prismen in einer Zeit zurückgelegt haben, die sehr viel höher ist als die Lichtgeschwindigkeit und sich deswegen mit dem Experiment gar nicht messen lässt.
Die Zeit, die die Photonen zum Tunneln benötigten, so eine weitere Beobachtung, scheint sich auch nicht zu ändern, wenn man den Abstand zwischen den Prismen vergrößert. Die beiden Physiker konnten dies bis zu einem Prismenabstand von einem Meter nachweisen. "Das ist", so sagte Nimtz der britischen Wissenschaftszeitschrift New Scientist, "die einzige Verletzung der speziellen Relativitätstheorie, die ich kenne."
Die Wissenschaftler erklären sich das beobachtete Verhalten mit sogenannten virtuellen Teilchen, in die sich die Photonen am Anfang der Barriere verwandeln, diese als solche durchqueren und dich dann an der Grenze zum zweiten Prisma wieder in reale Photonen verwandeln. "Wir kennen solche virtuellen Teilchen aus vielen mikroskopischen Wechselwirkungen", schreiben die Physiker in einem Artikel, den sie unlängst auf dem Artikelserver arXiv.org zur Verfügung stellten. "Hier aber haben wir ein Beispiel für eine makroskopische Distanz von einem Meter".
Ist also nun Einsteins Relativitätstheorie in Gefahr? "Einstein kann weiterschlafen", meinte der vom New Scientist befragte Experte Aephraim Steinberg von der Universität im kanadischen Toronto. Der Quantenoptiker zweifelt nicht an den Ergebnissen des deutschen Physikerduos, glaubt aber nicht an eine Verletzung der Relativitätstheorie. Alles sei, so Steinberg, nur eine Frage der Interpretation.
Man könnte das am ehesten mit einem Schnellzug vergleichen, der etwa zwischen Chicago und New York verkehrt. Um die Geschwindigkeit des Zuges zu messen, stoppt man den Zeitpunkt, zu dem die Zugmitte den jeweiligen Bahnhof verlässt. Auf seinem Weg nach New York lässt der Zug allerdings immer wieder einige Wagons zurück, so dass am Ende nur noch zwei Wagen am Endbahnhof ankommen. Die Mitte des Zuges ist nach vorne gewandert, obwohl der Zug nicht schneller geworden ist.
und nun........?
