Vereinfachte Stringtheorie
1994 führten Professor Dr. Günter Nimtz und sein Kollege Horst Aichmann bei Hewlett-Packard bahnbrechende Experimente zur Übertragung von Informationen mit Überlichtgeschwindigkeit durch. Dank eines Phänomens namens Quantentunneln gelang es ihnen, ein Signal über eine sehr kurze Distanz mit 4.7-facher Lichtgeschwindigkeit zu transportieren. Dieses bemerkenswerte Ergebnis hat unter Wissenschaftlern hitzige Diskussionen ausgelöst, ist aber nach wie vor reproduzierbar.
SCHNELLER ALS DAS LICHT?
So unwahrscheinlich es klingt, ich war 1999 dabei, als Professor Dr. Nimtz ein AM-moduliertes Mikrowellensignal von Mozarts 40. Sinfonie mit 4.7-facher Lichtgeschwindigkeit durch ein Bose-Doppelprisma übertrug.
Als Webmaster einer Science-Fiction-Nachrichten-Website namens „Museum der Zukunft„Ich war ständig auf der Suche nach spannenden Themen. Eines Tages stieß ich auf einen Artikel über Dr. Nimtz und die rätselhaften Prozesse des überlichtschnellen Quantentunnelns. Ich war fasziniert und nahm Kontakt zu ihm auf, und er erklärte sich freundlicherweise bereit, mir sein Experiment vorzuführen.
Das Folgende ist ein Auszug aus dem Originalartikel, den ich am 9. September 1999 über Nimtz' Experiment schrieb, mit dem Titel Schnellere als Lichtübertragung von Signalen:
„Als ich Prof. Dr. Nimtz zum ersten Mal traf, zeigte man mir sein neues Tunnelexperiment. Als Laie bin ich nicht in der Lage, sofort eine tiefgründige wissenschaftliche Interpretation seines Experiments vorzunehmen, aber ich werde gewissenhaft versuchen, das zu verstehen, was ich heute gesehen habe, und meine Erkenntnisse und Fragen mit anderen zu teilen und die Daten verfügbar zu machen, sobald sie bekannt werden.“
„Ich präsentiere hier erstmals weltweit exklusive Bilder vom neuen Experimentieraufbau von Prof. Nimtz.“
In diesem Experiment wurde das Quantentunnelsignal mit einem Signal verglichen, das sich durch den normalen Laborraum bewegte. Um dies zu demonstrieren, verwendete Dr. Nimtz ein Oszilloskop und eine Detektordiode, um die Tunnelzeit genau zu messen.
Mozart mit 4.7-facher Lichtgeschwindigkeit
Im Hinblick auf mögliche künftige Fragen habe ich vor sechs Jahren ein kurzes Video vorbereitet, das die letzte erhaltene Aufnahme der überlichtschnellen Mozart-Übertragung enthält.
Technische Fragen
Im August 2023 korrespondierte ich mit Horst Aichmann, dem Ingenieur hinter dem Quantentunnelexperiment und Co-Autor verschiedener verwandter Arbeiten mit Professor Nimtz. Ich erkundigte mich nach der Modulation und Erkennung des Signalzeitpunkts. Er lieferte die folgenden Informationen:
„Während unserer Zeitmessungen habe ich einen Pulsmodulator mit spezieller Filterung entwickelt, der eine Wiederholungsrate von 13 MHz und eine Anstiegszeit von etwa 500 Pikosekunden ermöglicht. Das AM-Signal liefert dank einer schnellen Detektordiode in Verbindung mit einem ausreichend schnellen Oszilloskop eine leicht erkennbare und messbare Spur.“
Wenn wir tatsächlich die Existenz von Überlichtgeschwindigkeitseffekten akzeptieren, die ihren Ursprung im Quantentunneln haben, können wir zu dem Schluss kommen, dass dieses Phänomen es einem Teilchen ermöglicht, für einen sehr kurzen Zeitraum in einen streng lokalisierten tachyonischen Zustand einzutreten.
Überlichtschnelles Tunneln wurde in Laboren weltweit bereits hunderte Male erfolgreich durchgeführt, was seine Anwendbarkeit in der Alltagstechnologie beweist. Der Fingerabdruckleser Ihres Smartphones beispielsweise nutzt Quantentunneln. Sie denken vielleicht nicht darüber nach, aber es funktioniert einfach!
Fingerabdruckleser und Quantentunneln
Beim Quantentunneln mit einem roten Laserpointer (der mit einer Frequenz von mehreren hundert Terahertz arbeitet) erstreckt sich das evaneszente tachyonische Feld aufgrund der hohen Frequenz nur über wenige Pikometer.
Während seiner Experimente verwendete Nimtz eine Frequenz von 8.7 GHz, die zufälligerweise der Wellenlänge der Helium-3-Emissionen entsprach. Diese spezielle Frequenz ermöglichte es, sein evaneszentes Feld über mehrere Zentimeter zwischen Prismen hinweg erkennbar zu machen. (Zufälligerweise arbeitete der im Universitätslabor vorhandene Mikrowellensender mit dieser Frequenz.)
Interessanterweise scheint sich das evaneszente Feld umso stärker von der Barriere auszudehnen, je niedriger die verwendete Frequenz ist.
Replikationen (das ist ein tolles Thema für Ihre Science-Fair-Projekt!)
Dieses bahnbrechende Experiment wurde kürzlich wiederholt von Peter Elsen und Simon Tebeck, die ihre Ergebnisse bei „Jugend forscht”, Deutschlands renommiertester Physik-Schülerwettbewerb, im Jahr 2019. Für ihre Arbeit erhielten sie den ersten Preis des Landes Rheinland-Pfalz sowie den Heraeus-Preis Deutschland.
References:
Superluminaler Tunnelbau: Gewinner von „Jugend forscht“.
„Jugend forscht“-Gewinner treffen die Bundeskanzlerin
Was ist eine Brane? (Topologie und Stringtheorie auf den Punkt gebracht)
Die Regel, dass sich nichts schneller als Licht bewegen kann, hat eine wenig bekannte Ausnahme: evaneszente Wellen. Es wurden verschiedene Erklärungen versucht, um dieses Phänomen zu erklären.
Meine Erklärung ist einfach: Ein Photon ist die kleinstmögliche Einheit von Topologie, Geometrie, Dimension, Information, Energie oder irgendetwas anderem. Topologisch gesehen ist ein Photon ein nulldimensionaler Punkt im Raum; es ist ein Quant der Dimension Null (0).
Im faszinierenden Ballett des Quantentunnelns durchquert dieses Photon, dieses reine Potenzial, eine Barriere. Dabei verwandelt es sich; wenn ein Punkt von einem Ort zum anderen übergeht, wird er zu einer Linie – einem String. Genau dieser String, dieser zarte Faden, findet seinen Platz in der großen Erzählung der Stringtheorie. Plötzlich sind wir aus dem ätherischen Reich des Nulldimensionalen in die greifbare Realität eines eindimensionalen Objekts übergetreten.
Im Lexikon der theoretischen Physik könnten wir diesen eindimensionalen String auch als „Brane“ bezeichnen, die in einem begrenzten, eindimensionalen Raum ohne die Gesetzmäßigkeiten der Zeit existiert.
Was ist eine Brane?
Im Bereich der String- und Quantentheorie 1-Brane sind eindimensionale „Objekte oder Wellen“, die Raum und Zeit durchqueren – nicht nach klassischen Gesetzen, sondern nach den Prinzipien der QuantenphysikWenn wir den eindimensionalen Raum betrachten, lassen wir die vierte Dimension weg, nämlich die Zeit.
In diesem Zusammenhang können sich Photonen oder Strings mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen. Dies ist nicht nur eine abstrakte mathematische Idee; es spiegelt unsere Realität wider.
Evaneszente Wellen entstehen, wenn Photonen wieder in den vierdimensionalen, nicht-quantenmechanischen Bereich eintreten. Dadurch können wir die Überlichtgeschwindigkeit eines Photons beobachten, das eine Barriere durchquert.
Es ist der Weltraum, Jim, aber nicht so, wie wir ihn kennen
Albert Einstein erläuterte seine spezielle Relativitätstheorie anhand der Geometrie des Mathematikers Hermann Minkowski, der Raum und Zeit zu einem vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum vereinte.
Für seine allgemeine Relativitätstheorie verwendete Einstein die Riemannsche Geometrie – ein Zweig, der das Konzept des gekrümmten Raums umfasst – um zu beschreiben, wie Masse und Energie die Raumzeit verzerren.
Dies "Topologie, das gekrümmte Raummodell, übt seit frühester Zeit eine unendliche Faszination auf uns aus.
Eine Kugel existiert in 3 und 4 Dimensionen. In null- und eindimensionalen Bereichen existiert die Kugel (und die Zeit) nicht, da diesen Dimensionen die notwendige Struktur fehlt, um eine „Oberfläche“ oder ein „Volumen“ zu definieren, ganz zu schweigen von „Zeit“.
Ist es „Zeit“, in unserem Verständnis des Kosmos über die Riemann-Sphäre hinauszugehen?
Klicken Sie hier für „Superluminal“, Teil 3:
Die Entschlüsselung des Geistes: Trotzen die menschlichen Gehirnströme der Lichtgeschwindigkeit?
Die „Superluminal“-Serie:
1. Die Entdeckung überlichtschneller Gehirnwellen: Eine illustrierte Reise
2. Wissenschaftler enthüllen atemberaubende Topologie des Weltraums, während sie die Geschwindigkeitsbegrenzungen des Lichts sprengen!
3. Die Entschlüsselung des Geistes: Trotzen die menschlichen Gehirnströme der Lichtgeschwindigkeit?
4. Das Geheimnis des Überlichtgeschwindigkeitsbewusstseins lüften