Heute habe ich, wie immer mit großem Interesse, meine neue c’t (Ausgabe 20/2005) durchgelesen. Dabei bin ich auf Seite 48 auf einen Artikel aufmerksam geworden, indem davon berichtet wird, dass ein Forscherteam in der Schweiz (Nanophotonics and Metrology Laboratory der Ecole Polytechnique Federal, Lausanne) einen Weg gefunden hat, um Photonen in einem Lichtleiter sowohl abzubremen als auch zu beschleunigen!
Zitat: „Die Verzögerung und Beschleunigung des Teststrahls beträgt im Experiment zwischen -8 und +30 ns in einer 12 km langen Faser.“[…] „In einem weiteren Experiment lag die Signalausbreitung sogar über der von Licht im Vakuum: Das Maximum eines schmalbandigen Lichtpulses verließ die Glasfaser bereits, bevor es in die Faser eingetreten war.“
Ist so etwas tatsächlich möglich oder verstehe ich da nur etwas falsch. Bisher habe ich immer Gedacht, dass nach der Relativitätstheorie nichts schneller sein kann als das Licht. Der nächste Satz in dem Artikel bringt mein Hirn dann endgültig an seine Grenzen.
Zitat: „Trotzdem verletzt das Experiment das Kausalitäts- und Relativitätsprinzip nicht: Wegen der extremen Schmalbandigkeit haben die Frequenzkomponenten verschiedene Gruppengeschwindigkeiten, was die Informationsausbreitung mit Überlichtgeschwindigkeit unmöglich macht.“
Ich verstehe jetzt zwar gar nichts mehr, aber immerhin scheint mein Weltbild, nämlich das, dass es keine Überlichtgeschwindigkeit gibt, bestand zu haben. Oder doch nicht?
Vielleicht kann dieses Phänomen ja irgendwer von Euch in halbwegs verständliche Worte verpacken damit auch relative Laien den Sinn verstehen. Vielen Dank jedenfalls schon mal für die Mühe
Sven
P.S.: Das Verfahren ist wohl auch im Applied Physics Letter 87, 083113 (2005) beschrieben. Wem’s hilft - mir sagt auch das nichts.
Hi Sven!
…zunäxt: Ich versteh auch eher so pseudo-Laien-mäßig was von der ganzen Sache. Die einzige Erklärung, die ich hätte (ohne den Artikel gelesen zu haben), ist die, dass das ganze was mit Quantenmechanik zu tun hat, die ja bekanntlicherweise noch nicht wirklich mit Einsteins Ideen zusammengebracht worden ist. Und deswegen gilt das Gesetz, dass Lichtgeschwindigkeit die einzige Konstante ist, vielleicht nicht bei sehr sehr kleinen Abständen zwischen den zu untersuchenden Sachen.
Ist aber alles nur ne Vermutung…
Gruss, jenney
die Erklärung ist recht einfach: die Phasengeschwindigkeit kann die Vakuumlichtgeschwindigkeit übersteigen, die Gruppengeschwindigkeit nicht (mit der wird die Information weitergegeben).
Jetzt mal anschaulich…
Gedankenexperiment: du stellst viele Leute an einen lange Strasse, und jeder hat eine Taschenlampe dabei. Jetzt sagst du jedem, wann genau er seine Taschenlampe anmacht. Damit kannst du es erreichen, dass du eine Welle siehst, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit fortpflanzt. Allerdings wird dadurch keine Information übermittelt, die Leute wussten ja schon vorher, wann sie ihre Funzel anknipsen müssen.
Ich hoffe, dass ich ein wenig Licht ins Dunkel gebracht habe.
…zunäxt: Ich versteh auch eher so pseudo-Laien-mäßig was von
der ganzen Sache.
Das entschuldigt dich.
Die einzige Erklärung, die ich hätte (ohne
den Artikel gelesen zu haben), ist die, dass das ganze was mit
Quantenmechanik zu tun hat, die ja bekanntlicherweise noch
nicht wirklich mit Einsteins Ideen zusammengebracht worden
ist.
Moment. Die Vorderung, dass sich Informationen nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit verbreiten lassen, entspringt schon der speziellen Relativitätstheorie. Und die lässt sich ganz gut mit der Quantenmechanik vereinbaren. Ein grosser Teil der Atom- und Molekülphysik beruht auf einer „relativistisch gerechneten Quantenmechanik“ (um das mal ganz lax zu formulieren).
die Erklärung ist recht einfach: die Phasengeschwindigkeit
kann die Vakuumlichtgeschwindigkeit übersteigen, die
Gruppengeschwindigkeit nicht (mit der wird die Information
weitergegeben).
Jetzt mal anschaulich…
Gedankenexperiment: du stellst viele Leute an einen lange
Strasse, und jeder hat eine Taschenlampe dabei. Jetzt sagst du
jedem, wann genau er seine Taschenlampe anmacht. Damit kannst
du es erreichen, dass du eine Welle siehst, die sich mit
Überlichtgeschwindigkeit fortpflanzt. Allerdings wird dadurch
keine Information übermittelt, die Leute wussten ja schon
vorher, wann sie ihre Funzel anknipsen müssen.
kannst du das bitte nochmal erklaeren?
muss ich mir das so vorstellen, dass einzelne photonen im lichtbuendel zwar schneller sein koennen, aber das gesamte lichtbundel nicht?
bei solchen Artikeln muß man oft berücksichtigen, daß die
Journalisten wissenschaftl. Sachverhalte so beschreiben,
wie sie es verstanden haben … bloß verstehen sie oft
nix und dementsprechend wird viel verkauderwelscht, so daß
es den Wissenschaftler anschließend graust, wenn er liest,
was die Schreiberlinge aus seinen Aussagen gemacht haben.
Der Laie wundert sich aber nicht, sondern findet das alles
ganz toll und spektakulär
Bisher habe ich immer Gedacht, dass nach der
Relativitätstheorie nichts schneller sein kann als das Licht.
nö. Es kann nur nichts, was eine Ruhemasse != 0 besitzt, Lichtgeschwindigkeit _erreichen_. Wenn etwas schon überlichtschnell ist, kann es also niemals unterlichtschnell werden - es sei denn, es gibt andere Wege als nur Beschleunigung, um die Geschwindigkeit zu ändern. Einstein hat damals immer vc auszuschließen - wir beschreiben damit lediglich eine Realität, die für uns derzeit nicht zugänglich ist.
Lausanne) einen Weg gefunden hat, um Photonen in einem
Lichtleiter sowohl abzubremen als auch zu beschleunigen!
So ist das sicher falsch, denn die Forscher haben keine *Einzel*photonen behandelt, sondern Gruppeneffekte gemessen, die viele Milliarden Mitglieder unterschiedlicher Wellenlänge „veranstalten“.
Zitat: „Die Verzögerung und Beschleunigung des Teststrahls
beträgt im Experiment zwischen -8 und +30 ns in einer 12 km
langen Faser.“[…] „In einem weiteren Experiment lag die
Signalausbreitung sogar über der von Licht im Vakuum: Das
Maximum eines schmalbandigen Lichtpulses verließ die Glasfaser
bereits, bevor es in die Faser eingetreten war.“
Das ist möglich, die Erklärung ist umfangreich und nicht besonders spektakulär: Licht genau einer Wellenlänge ist immer ein unendlich langer „Strahl“, da gibt es auch kein Maximum.
Um ein Maximum zu erzeugen, benötigt man Photonen unterschiedlicher Wellenlänge, deren GESAMTamplitude gemessen wird. Nehmen wir mal an, dieses Maximum liegt (Beim Senden) GENAU eine Mikrosekunde nach dem zuerst gesendeten Photon.
In der Glasfaser breiten sich Photonen unterschiedlicher Wellenlänge verschieden schnell aus, deshalb hat man nach einiger Laufstrecke Phasenverschiebungen (Sinus und Cosinus haben immer 90 Grad Verschiebung - bei den Photonen ändert sich das wegen der wellenlängenabhängigen Geschwindigkeit). Summiert man am Ende diese Einzelwellen (Fouriersynthese) auf, kann das Maximum 0,8 Mikrosekunden nach dem Eintreffen des ersten Photons liegen - das hängt von der Glasfaser und dem Gesamtweg ab. Im krassen Fall (siehe deine Frage) kann schon das erste Maximum (weitere folgen) beobachtet werden, bevor am Sender ein Maximum da ist.
Klar ist: Kein Photon kommt früher an, als es gesendet wurde. Wann kommt ein Signal an? Wenn das erste Photon da ist oder wenn das erste Maximum da ist oder ist das Signal die Mitte zwischen Anfang und ende des gesamten Photonenpaketes?
Zitat: „Trotzdem verletzt das Experiment das Kausalitäts- und
Relativitätsprinzip nicht: Wegen der extremen Schmalbandigkeit
haben die Frequenzkomponenten verschiedene
Gruppengeschwindigkeiten, was die Informationsausbreitung mit
Überlichtgeschwindigkeit unmöglich macht.“
Auf gut Deutsch: Das Maximum verrutscht.
Ich verstehe jetzt zwar gar nichts mehr, aber immerhin scheint
mein Weltbild, nämlich das, dass es keine
Überlichtgeschwindigkeit gibt, bestand zu haben. Oder doch
nicht?
Das Signal kommt insgesamt später an als es gesendet wurde, nur hat sich die Hüllkurve (das Aussehen) geändert. Mehr ist nicht.
das geistert seit vielen Jahren herum.
Tatsache ist: Information wird nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit übertragen. Alles andere ist eine Fehlinterpretation.
Stell Dir einen Zug vor, der in einen langen Tunnel hineinfährt (natürlich mit „Lichtgeschwindigkeit“). Im Tunnel wird die hintere Hälfte des Zuges abgekoppelt und bleibt darin zurück (Absorption); der vordere Teil fährt unvermindert schnell weiter.
Dann scheint der Schwerpunkt des Restzuges schneller herauszukommen, als der Schwerpunkt des Gesamtzuges, also scheinbar schneller als Licht.
Ein Wellenpaket wird im nichtlinearen Wellenleiter verzerrt, und der Schwerpunkt (die Gruppengeschwindigkeit) hat scheinbar Überlichtgeschwindigkeit. Der Preis dafür ist ein genau entsprechender Informationsverlust (Passagiere wurden absorbiert
bei solchen Artikeln muß man oft berücksichtigen, daß die
Journalisten wissenschaftl. Sachverhalte so beschreiben,
wie sie es verstanden haben … bloß verstehen sie oft
nix und dementsprechend wird viel verkauderwelscht, so daß
es den Wissenschaftler anschließend graust, wenn er liest,
was die Schreiberlinge aus seinen Aussagen gemacht haben.
…was nicht selten daran liegt, dass der wissenschaftler nur widerwillig
antworten gibt und sich auch keine muehe macht, seinem gegenueber im niveau
entgegenzukommen, weil das „ja wieder nur so’n doofer journalist ist, der
sowieso nichts kapiert und alles verdreht“. wenn wir besser miteinander arbeiten
wuerden, koennten wir solche problemartikel vermeiden. wir brauchen euch fuer
die geschichten, ihr braucht uns fuer das interessantmachen der geschichten -
hier ist teamwork und keine maulerei angesagt.
ich habe vor einiger Zeit dasselbe mal in einem Elektronikmagazin gelesen (Elektor?), und da war es sogar als Nachbau-Schaltung vorgestellt. Ich habe mir das Ganze genauer betrachtet und dann wurde klar, wie der Effekt zustande kam: Sie arbeiteten mit Phasenvergleich von Rechtecksprüngen, jedoch nachdem das Signal Filter bzw. Signalformer passieren musste. Eine beliebig kleine Änderung am Eingang wird am Ausgang aber niemals vor dem Event registriert werden können. Die Story war sicher als Gag gedacht.
An dieser Stelle einmal einen großen Dank an alle, die sich die Mühe gemacht haben mir dieses Phänomen zu erklären. Aus allen Beiträgen habe ich für mich eine zufriedenstellende Antwort gefunden, auch wenn ich bestimmt nicht alles verstanden habe. Vor allem das Gedankenexperiment mit dem Zug im Tunnel und den „absorbierten“ Passagieren hat mir sehr geholfen.
das geistert seit vielen Jahren herum.
Tatsache ist: Information wird nicht schneller als
Lichtgeschwindigkeit übertragen. Alles andere ist eine
Fehlinterpretation.
Hallo Moriatry, also der hier (Prof. Nimtz) ist da anderer Ansicht als Du. Er erklärt ausdrücklich :
Nach Nimtz sind Tunnel „Räume ohne Zeit“ , in denen sich die Information unendlich schnell bewege. Sein Experiment verletze zwar keinesfalls die allgemeine Kausalität, nach der die Ursache zeitlich vor der Wirkung liegt, aber durchaus die Einstein-Kausalität, die nur die überlichtschnelle Ausbreitung von Energie und Information verbietet.
Wenn ich mir Moriatrys Gedankenexperiment noch mal anschaue, geht es dort hauptsächlich um die Veranschaulichung von zunehmender Gruppengeschwindigkeit. Dazu ist es im Grunde genommen ganz egal, mit welcher Geschwindigkeit der Zug fährt. Auch ein ICE, der bei Tempo 200 im Tunnel einen Teil seiner Anhänger verliert, würde den Effekt zeigen, dass sein Schwerpunkt schneller aus dem Tunnel herauskommt als aufgrund der Einfahrtsgeschwindigkeit anzunehmen wäre.
Ich schätze, Prof. Nimtz spricht in seinem Artikel von solchen Tunneln, die spätestens seit Star Treck auch als Wurmlöcher bekannt sind. Das kann man glaube ich nicht direkt mit dem ICE-Tunnel vergleichen. Werde aber am Donnerstag auf der Fahrt von Hamm nach Frankfurt im ICE mal einige chronometrische Messungen in Tunneln durchführen. Sollte die Zeit bei der Durchfahrt tatsächlich stehenbleiben werde ich diesen Kommentar natürlich zurückziehen.
Gruß
Sven
(Der jetzt mal versucht seinen Koffer in Überlichtgeschwindigkeit zu packen)
Es gibt aber auch keinen Grund, es in Betracht zu ziehen.
bis auf wissenschaftliche Neugier.
Mit der Rechfertigung könnte man auch die Existenz eines
Perpetuum Mobiles in Betracht ziehen.
korrekt.
Das ist dann aber keine wissenschaftliche Neugier, sondern bestenfalls gewöhnlicher Neugier und meistens nur Wunschdenken.
Es sei denn, die Nichtexistenz ist nachweisbar und
der Nachweis unzweifelhaft.
Die naturwissenschfatliche Methodik funktioniert anders. Danach haben naturwissenschaftliche Aussagen experimentelle Beobachtungen zu beschreiben. Aussagen, die mit experimentellen Beobachtungen nicht vereinbar sind, gelten als falsifiziert und Aussagen, die mit experimentellen Beobachtungen nichts zu tun haben, fallen Ockhams Rasiermesser zum Opfer. Zur Naturwissenschaft gehört nur, was dabei übrig bleibt.
Laien den Sinn verstehen. Vielen Dank jedenfalls schon mal für die Mühe