Speed me up Scotty!

20.07.2000

Das Licht ist dabei, sich selbst zu überholen

Nach Albert Einsteins spezieller Relativitätstheorie kann sich kein Objekt und auch keine Information schneller als das Licht, nämlich mit 300 000 Kilometer (im Vakuum) in der Sekunde, bewegen. Die Lichtgeschwindigkeit wurde lange Zeit als unveränderlich gesehen. Doch nun gibt es verschiedene Reports, nach denen zufolge nicht einmal mehr auf das Licht Verlass ist.

   
     

Anfang dieses Jahres hatte es ein Team von amerikanischen Physikern geschafft, die Geschwindigkeit des Lichts bis auf 17 Meter in der Sekunde zu verlangsamen - da hätte schon ein Erik Zabel überholen können. Und jetzt ist es verschiedenen Gruppen gelungen, die Geschwindigkeit des Lichts über das kosmische Limit mit einem Faktor von 1/300 hinaus zu beschleunigen.

Yet L.J.Wang, Alexander Kuzmich und Arthur Dogariu vom NEC Research Institute haben die Ergebnisse ihrer Experimente diese Woche in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Doch die Grundfeste der Physik sind damit nicht erschüttert. Die Experimente verletzen keine physikalischen Gesetze, nicht einmal die Prinzipien der Relativität. Aber sie zeigen, dass Licht sich auf eine Art und Weise bewegen kann, die Einstein sicher überrascht hätte.

Die spezielle Relativitätstheorie postuliert zwei Schlüsselsätze: Die Geschwindigkeit des Lichts muss im Vakuum konstant sein (in dem das c aus der berühmten Formel E= mc2 die Geschwindigkeit bezeichnet) und keine Information kann schneller übermittelt werden als Licht. Man weiß seit langem, dass die Geschwindigkeit des Lichts sich verlangsamt, wenn es durch Luft, Wasser oder Glas geschickt wird. Die neuen Experimente stellen allerdings eine größere Herausforderung an die Relativität. Einsteins Theorie impliziert, dass jedes Objekt, welches sich schneller bewegt als c, sich dem Zeitpfeil entgegengesetzt bewegt. Es gibt einen Limerick, der das hübsch illustriert:

There was a young lady named Bright,
Whose speed was faster than light.
She went out one day,
In a relative way,
And returned the previous night.

Was wäre gewesen, wenn Frau Bright nicht in der Nacht, sondern 50 Jahre vor ihrem Ausflug zurückgekommen wäre und einen ihrer Großeltern umgebracht hätte, bevor die ein Kind zur Welt bringen konnten? Dann wäre die arme Frau Bright nie geboren worden. Dieses sogenannte "Großvater-Paradox" zeigt die Absurdität, die darin liegt, schneller als das Licht zu sein. Das Argument gegen eine derartige Zeitreise liegt - kurz gesagt - in der Kausalität, dem Prinzip, dass alle Ursachen ihren Wirkungen vorausgehen müssen.

In dem jetzt in Nature veröffentlichten Report berichtet Wangs Arbeitsgruppe, dass sie einen Lichtstrahl schneller als mit der Geschwindigkeit c durch einen Raum jagen konnte, wobei sie genau den logischen Fauxpas beobachtet haben, den das "Großvater-Paradox" eigentlich verbietet: Das Licht verlässt den Raum wieder, bevor es überhaupt ganz hineinkommt.

In Wangs Experiment bewegt sich ein Lichtimpuls durch einen kleinen Raum, der mit kalten Cäsium-Atomen gefüllt ist. Der Lichtblitz rast so schnell durch die Gaswolke, weil es eine Art Resonanz zwischen den natürlichen Oszillationen des Cäsiumatoms und der Frequenz des Lichtes gibt. Ein Lichtimpuls, der mit der Resonanzfrequenz des Gases übereinstimmt, wird verstärkt, wenn er sich durch das Gas bewegt. Der Brechungsindex des Cäsiumgases ist so geartet, dass er die Lichtwellen beschleunigen kann. Die Cäsium-Atome verändern also die Eigenschaften des Lichts, wodurch es sich schneller als im Vakuum davonmachen kann.

Die Experimente werden sehr kontrovers diskutiert. Für manche sind sie jedoch Anlass zu glauben, dass diese Entdeckung auch die Geschwindigkeit des Informationsflusses dramatisch erhöhen könnte.

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