Ist die Lichtgeschwindigkeit doch nicht endlich?

Man lernt bereits in der Schule, dass sich laut Einsteins Relativitätstheorie nichts schneller als das Licht bewegen kann. Dieses wiederum hat eine konstante Geschwindigkeit, nämlich 299.792.458 Meter pro Sekunde. Diese Geschwindigkeit bezieht sich auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum – also im luftleeren Raum. Nun wissen wir aber auch schon seit einiger Zeit, dass man mit Hilfe gewisser Verfahren, das Licht abbremsen, für kurze Zeit komplett anhalten und sogar rückwärts laufen lassen kann. Somit ist die Lichtgeschwindigkeit generell als relativ zu betrachten. Doch die Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum gilt nach wie vor als Konstant und nicht überschreitbar – bis jetzt.

Meta-ChipKünstlerische Darstellung des „Unendlichkeits-Mikrochips“. Bild: harvard.edu

Einfach erklärt, ist das Licht im Vakuum nahezu „widerstandslos“ unterwegs. Das bedeutet, es kann sich mit seiner natürlichen Maximalgeschwindigkeit ausbreiten, ohne auf ein Hindernis zu stoßen. Nun gibt es aber Materialien wie beispielsweise Cäsium – einem chemischen Element bzw. dem schwersten, stabilen Alkalimetall, dass die Widerstandslosigkeit noch übertrifft und das Licht besser leitet, als es der luftleere Raum tun kann. Forscher am NEC Research Institute in Princeton konnten so bereits nachweisen, dass sich Licht in Cäsium 300 mal schneller bewegt, als im Vakuum. Nur hat das ganze wenig praktischen Nutzen, da Cäsium bei Kontakt mir Luft sehr schnell und heftig reagiert. Für eine Verwendung in Computern oder ähnlichem also eher ungeeignet.

Einen nicht mehr zu brechenden Rekord haben allerdings Forscher an der Harvard University nun aufgestellt. Sie entwickelten einen Computerchip aus sogenanntem Metamaterial – so bezeichnet man eine künstlich hergestellte Struktur, deren Durchlässigkeit für magnetische und elektrische Felder von der in der Natur üblichen abweicht. Das wird erreicht durch speziell angefertigte, meist periodische, mikroskopisch feine Strukturen (Zellen, Einzelelemente) aus elektrischen oder magnetisch wirksamen Materialien in ihrem Inneren.

asdfAufbau eines Metamaterials für Mikrowellenanwendungen. Bild: Wikipedia

Im Falle der Harvard-Forscher besteht der Metamaterial-Chip in Form einer kleinen, quadratischen Fläche, aus einem speziellen Polymer, in dem winzige Siliziumsäulen eingebettet sind. Und mit winzig ist hier „wirklich“ winzig gemeint: Die Säulen sind 690 Nanometer hoch und 211 Nanometer dick. Zur Erinnerung: ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter. Die lichtleitende Fläche ist oben und unten mit einer dünnen Goldschicht als Begrenzung versehen.

Klingt ja ganz nett, aber was bringt das jetzt?

Ganz einfach… der Brechungsindex innerhalb des Metamaterials ist null. Und ist der Brechungsindex gleich null, wird die Phasengeschwindigkeit, also die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer (in diesem Fall) Lichtwelle – unendlich. Sprich, das Licht ist gleichzeitig überall, weil es sich mit unendlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Und das wiederum hat im Vergleich zum „Cäsium-Beschleuniger“ durchaus praktischen Nutzen, in erster Linie in Hinsicht auf Computer. Durch diesen Aufbau lässt sich Licht in jeder erdenklichen Weise manipulieren, und zwar ohne Energieverlust, weil das Licht ja während der Übertragung nirgendwo „hängen“ bleibt.

Und Zukunftsmusik ist das auch nicht. Zum einen lässt sich das Metamaterial einfach und vielfältig herstellen und zum anderen kann dieser Chip bereits jetzt in konventionelle, optische Schaltkreise integriert werden.

In der Mitteilung der Harvard University wird zwar die Überschreitung der Lichtgeschwindigkeit nur mal eben nebenbei erwähnt und der praktische Nutzen dieses Chips gelobt, doch ich finde, diese historische Geschwindigkeitsüberschreitung sollte mit einem separaten Beitrag geehrt werden. Wie seht ihr das?

Link zur Originalveröffentlichung auf Harvard.edu

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10 Antworten zu Ist die Lichtgeschwindigkeit doch nicht endlich?

  1. kinder unlimited schreibt:

    absolut !!!!! Ich hatte nur die Überschrift gelesen…..das nennt man wohl Understatement von Harvard, oder ?

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  2. kinder unlimited schreibt:

    das Foto gefiel mir auch sehr!!

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  3. Ronald schreibt:

    Hi,
    sehr interessanter Beitrag. Ich für meinen Teil bin ja immer davon ausgegangen, dass die Lichtgeschwindigkeit die maximale Wirkungsausbreitungsgeschwindigkeit im Universum ist. Diesbezüglich habe ich auf meinem Blog http://www.intertellar.at bereits einige Artikel gepostet. Mir ist unter anderem sehr schleierhaft, wie sich Licht in Cäsium schneller bewegen kann als im Vakuum. Aber OK. Die Herren und Damen Wissenschaftler aus Harvard werden es schon wissen. Aber vielleicht handelt es sich um keine Informationen, die so übertragen werden. Es gibt ja viele Beispiele von Vorgängen, die mit Überlichtgeschwindigkeit von Statten gehen, bei welchen keine Informationen übertragen werden. Man denke nur an das Zusammenkommen der beiden Spitzen einer Schere.

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  4. seescho schreibt:

    Schon interessant, auch wenn ich es nicht ganz verstehe

    Gefällt 1 Person

    • stellariumblog schreibt:

      Ich muss zugeben, ich habe diesen Beitrag nicht gut geschrieben. Wenn ich ihn so lese, würde ich mir auch schwer tun, das nachvollziehen zu können. Es geht hierbei nicht darum, dass das Licht im wahrsten Sinne des Wortes unendlich schnell wird, sondern dass die Abstände der Wellenkämme der Lichtfrequenz im Raum unendlich groß werden, in der Zeit jedoch nicht. Es wird ob dieser Entdeckung keine Zeitreise oder überlichtschnelle Fortbewegung möglich sein.

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      • seescho schreibt:

        Dann müssen wir doch wohl den DeLorean aus der Garage fahren. :))

        Deinen Artikel fand ich übrigens wirklich gut. Er reduziert die Informationen auf ein verständliches Niveau. Davon ausgehend kann ich dann den Links nachgehen, wenn ich tiefer eintauchen will.

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  5. lunochod schreibt:

    Das ist aber dann kein überschreiten der Lichtgeschwindigkeit sondern nur die Einsicht, dass sie auch größer als angenommen sein kann…

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  6. wordBUZZz schreibt:

    Ich habe den Artikel zwar nur überflogen (da ich Dank fiesem Baktus mal wieder den Status der Hirnwellen: Flatline vertrete, aber was ich bis jetzt gelesen habe klang sehr interessant!) Nur ähm, was bringt das Licht jetzt mit dem Computern? Schnelleres Internet? Würde ich sehr begrüßen. Wobei Glasfaserkabel doch dafür verantwortlich sind.

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