Können Informationen schneller als Licht reisen?

Wenn es keine Zeit gibt, gibt es keinen Raum (und umgekehrt)

Eine der Behauptungen von Günter Nimtz bezüglich überlicht Tunneln ist, dass der Tunnelprozess schneller als Licht abläuft. Die meisten Physiker stimmen dieser Behauptung zu; so erklärte beispielsweise Aephraim Steinberg, die Ergebnisse des Quantentunnelns seien „robust überlichtschnell“. Diese Behauptung gründet sich auf Nimtz' Annahme, dass ein Signal schneller als Licht übertragen werden kann, was jeder hören kann, was das Nicht-Kommunikationstheorem in Frage stellt. https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem .

So sind sich die Physiker einerseits einig, dass Teilchen Quantentunneln können schneller als das Licht, während sie andererseits behaupten, dass dieses Phänomen nicht zur Informationsübertragung genutzt werden kann. Es wirft jedoch die Frage auf: Wenn wir solche Signale wahrnehmen können, wie lässt sich dies mit den etablierten Grenzen von Kommunikation in der Physik?

Interessanterweise hat Aephraim Steinberg von der Universität Toronto den Quantentunneleffekt als „robust überlichtschnell“ bezeichnet. (https://www.quantamagazine.org/quantum-tunnel-shows-particles-can-break-the-speed-of-light-20201020/). Er hat dies mithilfe von „Larmor-Uhren“ gemessen, was eine andere Art ist zu sagen, dass er den Spin der Photonen vor und nach dem Eintritt in den Tunnel gemessen hat.

Damit he die Spinposition eines Photons übertragen mit Überlichtgeschwindigkeit. Wieso ist das keine „Informationsübertragung“? Er übermittelte Informationen über den Zustand des Photons und maß dessen Veränderung nach einer überlichtschnellen Reise durch den Quantentunnel. Hat er nicht gegen das No-Communication-Theorem verstoßen? Und warum darf er Informationen über den Photonenspin mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen, während Nimtz von der Universität Köln AM-modulierte Wellen nicht mit Mozart?

VEREINFACHTE Stringtheorie

Der Vereinfachung halber habe ich ein Photon als Quantenobjekt, Punkt oder 0D-Brane (nulldimensional) beschrieben. Das Wort „Brane“ leitet sich vom Wort „Membran“ ab, und die Physiker, die die Stringtheorie entwickelten, ließen das „Mem“ weg. Beim Tunneln verhält sich das Photon wie ein eindimensionaler String. Ein eindimensionaler String ist eine Ein-Branen-Membran, aber die Physiker, die die Stringtheorie entwickelten, dachten, es würde besser klingen, ihr einen anderen Namen zu geben. Meiner Meinung nach.

Sowohl im 0D- als auch im 1D-Kontext existieren die Konzepte von Zeit und Raum, wie wir sie kennen, nicht. Für Raum und Zeit ist die vierte Dimension erforderlich. Ich habe hier die Teilchen-Wellen-Dualität veranschaulicht.

Meine Vereinfachung hat nicht viel mit der „echten“ Stringtheorie gemeinsam. Ich nannte sie „Stringtheorie“, weil zwei durch eine Linie verbundene Punkte (Photonen) wie ein String aussehen. Ein String kann eine Welle sein. Ein Punkt ist ein Teilchen.

Darüber hinaus gibt es eine allgemeine Behauptung, dass „In der Quantenmechanik existieren Teilchen in der Raumzeit.“ Aus unserer Sicht existiert ein Photon auf jeden Fall in der Raumzeit, wenn es von Punkt A nach Punkt B reist.

Aus der Perspektive des Photons existiert die Zeit jedoch nicht. Bei Lichtgeschwindigkeit schreit die Zeit förmlich: „HALT!“ Ob Photonen tatsächlich Deutsch sprechen, ist irrelevant. Wichtig ist: „Wenn es keine Zeit gibt, gibt es keinen Raum.“

Dies stimmt mit der Zeitdilatation bei c überein.

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Zweitmeinung: „Die Sicht eines Photons“

von Steve Nerlich (PhD), Direktor, International Research and Analysis Unit, Australien

Aus der Sicht eines Photons wird es emittiert und dann sofort wieder absorbiert. Dies gilt für ein Photon, das im Kern der Sonne emittiert wird und nach Überwindung eines Bruchteils eines Millimeters wieder absorbiert werden kann. Und es gilt gleichermaßen für ein Photon, das aus unserer Sicht reiste über 13 Milliarden Jahre nachdem es von der Oberfläche eines der ersten Sterne des Universums emittiert wurde. Es scheint also, dass ein Photon nicht nur den Lauf der Zeit nicht erlebt, sondern auch nicht den Lauf der Entfernung.“
Zitat beenden

Das Photon folgt einer Null-Geodäte; dies ist die Bahn masseloser Teilchen. Deshalb heißt es „Null“; sein Intervall (seine „Distanz“ in der 4D-Raumzeit) ist gleich Null und es ist keine Eigenzeit damit verbunden.

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Unterschied zwischen der vereinfachten Stringtheorie und der „echten“ Stringtheorie

In der realen Stringtheorie ist jedes Teilchen zu jeder Zeit ein String. In meiner vereinfachten Version ist ein Teilchen, das einer Nullgeodäte folgt und nicht von der Schwerkraft oder Feldern jeglicher Art beeinflusst wird, ein 0D-Punkt (nulldimensional).

Erst durch die Wechselwirkung mit externen Feldern, Gravitations-, Elektromagnetfeldern oder Objekten, erhält das Teilchen (Photon) die erste Dimension. Das Photon wird abgebremst und bildet einen „String“. Die Länge dieses Strings entspricht seiner Verzögerung und der möglichen Wellenlänge.

Ein Photon mit sehr hoher Energie, beispielsweise im Gammastrahlenspektrum, ist also eine relativ kurze „Saite“, was einer kurzen Wellenlänge entspricht. Eine kurze Saite führt zu kurzen Wellenlängen.

Wird das Photon stärker abgebremst, beispielsweise durch den Aufprall auf die dichte Atmosphäre eines Planeten, wird es länger und kann eine Infrarotwellenlänge aufweisen. Eine längere Photonenkette erzeugt längere Wellenlängen und interagiert anders mit ihrer Umgebung.

QED

A Photons Sicht (Archiv)
https://web.archive.org/web/20240423185232/https://phys.org/news/2011-08-photons-view.html

A Photons Sicht
https://phys.org/news/2011-08-photons-view.html

Bilder
links: Hologramm eines einzelnen Photons, Universität Warschau
https://geometrymatters.com/hologram-of-a-single-photon/