Überlichtgeschwindigkeit durch Tunneleffekt

Wissenschaft Physik
#1

Hallo Leute

Bin eben auf folgenen Artikel gestossen:

http://www.heise.de/newsticker/meldung/Hochschule-An…

verweist u.a. auf folgenden Wikipedia-Artikel:
http://de.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCnter_Nimtz

Bin jetzt etwas verwirrt: einerseit wird ständig darauf hingewiesen, dass durch den Tunneleffekt keine Information überlichtschnell übertragen werden kann, andererseits wird ständig von überlichtschnell übertragener Musik (=Information) geschrieben.

Im ersten Artikel steht auch immer was von „Übertragung in Nullzeit“, was beim Tunneleffekt eigentlich nicht vorkommen kann.

Kann ich das alles einfach als maßlose Übertreibung der Boulevard-Presse verstehen oder ist an dem (v.a. dem erstes Artikel) was drann?

Den Tunneleffekt habe ich bisher ja eindeutig als scheinbare Überlichtgeschwindigkeit gesehen - ein Effekt, der mit der speziellen Messmethode zusammenhängt. Das Signal ist prinzipiell aber trotzdem „normal“ schnell unterwegs.

Die im ersten Artikel angesprochene „Nullzeit“ ist für mein Verständnis aber nicht mit dem Dämpfungseffekt beim Tunneln erklärbar.

Gibt es da wissenschaftlich fundiertere Infos dazu (halbwegs leicht verständlich)?

verwirrte Grüsse
Erwin

#2

Hallo!

Ich kann dir jetzt dazu nicht viel sagen, nur wird geschrieben, dass er eine Sinuskurve „instantan“ übertragen hat. Das beweist nun einmal aber gar nichts. Wenn ich den Testleiter und den Referenzleiter so wähle, dass ihre Längendifferenz genau ein veilfaches der Wellenlänge ist, dann sind die zwei Kurven natürlich Deckungsgleich. Meiner Meinung nach, ist das schon eine extreme Schwachstelle des Experiments. Würde er das ganze mit einem kurzen Puls machen, dann vielleicht.

Lies dir aber ev. die Kommentare zum Heise Artikel durch, ein bisschen was wird da schon durchleuchted.

lg

#3

Hi,

um die Kommentare mal etwas zusammenzufassen:

es wurden 48kHz auf 10Ghz (oder 12GHz?) aufmoduliert. Was natürlich immer noch nichts über Datenübertragung aussagt. Es wurde nicht sauber zwischen Gruppen- und Phasengeschwindigkeit unterschieden.

Und dann wurden die 20m oder 50m Kupferrohr so aufgewickelt, dass Ein- und Ausgang sehr dicht beieinander lagen. Es ist nicht eindeutig klar, ob die Isolierung ausreichte, um eine Übertragung durch die Luft direkt vom Sender zum Empfänger zu verhindern. Die Dämpfung wäre auch mit der letztgenannten Variante kompatibel.

Gruß, Lutz

#4

Oder

noch einfacher: Der Heise-Artikel ist einfach falsch. Das im veröffentlichten Paper behauptete Ergebnis ist, dass man einen Effekt, der bisher nur mit Halbleitern hergestellt werden konnte, nun auch in einem gebogenen Kupferrohr nachgewiesen werden konnte. Der Effekt ist der einer negativen Gruppengeschwindigkeit. Soweit ich das verstanden habe also, dass die Phase (Nulldurchgänge) des aufmodulierten Signals am Ende früher auftrat als da, wo es eingespeist wurde. Was so interpretiert wird, dass die Phase mit -0.3c sozusagen in der Zeit rückwärts gewandert ist.

Nicht klar ist, ob es sich nicht doch um ein Artefakt des Messapperates, insbesondere der Verstärker, handelt.

Gruß, Lutz

#5

Hallo!

Hab mir das Paper nacher auch noch durchgelesen und befunden, dass der Heise Artikel da ziemlich wild interpretiert und Dinge behauptet, die der Autor niemals schreibt.
Trotzdem scheint mir der Versuch, wie auch du geschrieben hast, als nicht sehr ausgereift. Das mit dem Sinus ist mir als erstes aufgefallen, damit ist ja überhaupt keine Informationsübertragung möglich.

lg

#6

Das ist physikalischer Quark
Hallo,

Bin eben auf folgenen Artikel gestossen:
http://www.heise.de/newsticker/meldung/Hochschule-An…
verweist u.a. auf folgenden Wikipedia-Artikel:
http://de.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCnter_Nimtz

Mir scheint das nur physikalischer Quark zu sein.
Jeder Fachmann weiß: „Wer mist, mist Mist“.
So scheint es auch hier der Fall zu sein.

Kann ich das alles einfach als maßlose Übertreibung der
Boulevard-Presse verstehen oder ist an dem (v.a. dem erstes
Artikel) was drann?

Es wäre spektakulär, wenn es wissenschaftlich haltbar wäre.
Das ist offenbar der ganze Antrieb, darüber zu schreiben.

Den Tunneleffekt habe ich bisher ja eindeutig als scheinbare
Überlichtgeschwindigkeit gesehen - ein Effekt, der mit der
speziellen Messmethode zusammenhängt. Das Signal ist
prinzipiell aber trotzdem „normal“ schnell unterwegs.

Ich denke, deine Vorstellung von Tunneleffekt ist etwas ungenau.
Mit Überlichtgeschwindigkeit hat IMHO nix zu tun.

Tunneleffekt beschreibt die Tatsache, das Quanten über
Potentialbarrieren hüpfen können, obwohl deren mittlere
Energie dafür gar nicht ausreicht. Darin liegt aber auch
schon die Erklärung. Mittlere Energie beschreibt nicht die
Energie einzelner Teilchen, sondern nur eine Wahrscheinlichkeit.

Wenn die mittlere Energie von Elektronen nur 1/100 der
notwendigen Energie beträgt, welche man bräuchte, um eine
Isolierschicht zu durchschlagen, so passiert es eben doch,
dass sehr wenige Elektronen zufällig mal mehr als das
hundertfache der mittleren Energie haben und deshalb doch
durch diese Barriere kommen. Makroskopisch wäre das schwer
vorstellbar, quantentechnisch aber eben doch normal.

Gibt es da wissenschaftlich fundiertere Infos dazu (halbwegs
leicht verständlich)?

Wofür denn? Etwa Überlichtgeschwindigkeit???

Gruß Uwi

#7

und damit gleich zur nächste Frage…
Hallo nochmal

Danke schon mal für die Antworten. Sieht so aus, als ob ich nicht der einzige wäre, der da etwas verwirrt ist…

Was ich offenbar überhaupt nicht verstanden habe: was genau wurde da überhaupt gemessen? Naiverweise bin ich davon ausgegangen, dass auf dem einen Ende ein Lichtpuls reingeschickt wurde und am anderen Ende gewartet wurde, bis der Lichtpuls da ist. Dem ist offensichtlich nicht so. Mit meinem sehr laienhaften Verständnis schaut es so aus, als ob auf dem einen Ende eine permanente Welle reingeschickt wurde und am anderen Ende gemessen wurde, wie die Wellen im Vergleich zum Eingang aussehen. Für mich sieht es so aus, als ob die Welle lediglich etwas zur Seite verschoben ist. Das mag jetzt zwar für waschechte Physiker sehr beeindruckend sein. Praktische Auswirkungen sehe ich aber keine.

Interessant wäre es, wenn ich auf der einen Seite ein einzelnes Photon rein schicken würde und ich auf der anderen Seite das reine Vorhandensein des Photons bereits als Information verwenden könnte. Also wenn z.b. auf der anderen Seite ein Mechanismus bereits für irgendeine Aktion bereit steht und nur noch auf das Eintreffen dieses Photons wartet, um in Aktion zu treten. Wenn nun dieses Photon tatsächlich eintreffen würde, bevor es abgeschickt wurde (wie der Artikel suggeriert), wäre das eine Sensation - und vermutlich der Schrecken aller klassischen Physiker.

lg
Erwin

#8

Hi,

ich würde sagen, Du hast die Situation voll erfasst.

Es wurde die steigende Flanke der 48kHz-Schwingung an Ein- und Ausgang verglichen. Zwischendurch wurde diese noch auf eine 10GHz-Schwingung aufmoduliert und wieder runtermoduliert. Und verstärkt.

Bisher war es wohl die verbreitete Meinung, dass passive Bauteile keine negative Phasenverschiebung bewirken können. In dem Rohraufbau wurde aber eine Verschiebung um -2mikroSekunden gemessen. In aktiven Bauteilen ist dieser Effekt bekannt. Nun ist aber ein Verstärker ein aktives Bauteil,…

Gruß, Lutz

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#9

Hallo

Tunneleffekt beschreibt die Tatsache, das Quanten über
Potentialbarrieren hüpfen können, obwohl deren mittlere
Energie dafür gar nicht ausreicht. Darin liegt aber auch
schon die Erklärung. Mittlere Energie beschreibt nicht die
Energie einzelner Teilchen, sondern nur eine
Wahrscheinlichkeit.

Meinem Verständnis nach ist das eine falsche Vereinfachung. Es geht um einzelne Teilchen, deren genau bestimmte Energie unter der nötigen Schwelle liegt. Wenn es nur um ungleich verteilte Energien gehen würde, wäre das Phänomen „Tunneleffekt“ garnicht nötig.

Grüsse,
.L

#10

Hallo,

geht um einzelne Teilchen, deren genau bestimmte Energie unter
der nötigen Schwelle liegt.

Wie will man die Energie von einzelnen Quanten bestimmen?
Gruß Uwi

#11

hallo

meine vorstellung vom tunneleffekt deckt sich im wesentlichen mit deiner - ich hab mich nur unklar ausgedrückt. gemeint war das scheinbare auftreten von überlichtgeschwindigkeit beim tunneln, hervorgerufen durch eine asymetrische dämpfung der welle. diese scheinbare überlichtgeschwindigkeit ist für mein verständnis aber nichts weiter als ein messartefakt. daher war eine meine hauptfragen ja auch, was bei diesen experimenten überhaupt gemessen wurde. und davon abgeleitet, was dabei unter „geschwindigkeit“ verstanden wird. wärde eine kugel durch das rohl laufen, wäre die geschwindigkeit leicht zu definieren. aber es wird eine elektromagnetische welle durchgeschickt - wie misst man die geschwindigkeit einer welle (v.a. im kontext dieses experiments!)?

lg
erwin

#12

Hallo,

Was ich offenbar überhaupt nicht verstanden habe: was genau
wurde da überhaupt gemessen? Naiverweise bin ich davon
ausgegangen, dass auf dem einen Ende ein Lichtpuls
reingeschickt wurde und am anderen Ende gewartet wurde, bis
der Lichtpuls da ist. Dem ist offensichtlich nicht so.

Nö, dem ist nicht so.

Am besten liest du dir mal durch, was das Nimtz-Experiment überhaupt ist, was da gemessen wurde, und wo dabei überhaupt Informationen übertragen wurde. Einen guten Überblick gibt wie so oft die FAQ aus der deutschsprachigen Physik-Newsgroups von Hendrik van Hees:

http://theory.gsi.de/~vanhees/faq/nimtz/nimtz.html

vg,
d.

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#13

Hallo,

Wenn die mittlere Energie von Elektronen nur 1/100 der
notwendigen Energie beträgt, welche man bräuchte, um eine
Isolierschicht zu durchschlagen, so passiert es eben doch,
dass sehr wenige Elektronen zufällig mal mehr als das
hundertfache der mittleren Energie haben und deshalb doch
durch diese Barriere kommen. Makroskopisch wäre das schwer
vorstellbar, quantentechnisch aber eben doch normal.

an dieser Stelle muss ich entschieden widersprechen. Der Tunneleffekt ist keine Eigenschaft, die sich aus der Energieunschärfe ergibt. Neben dem Umstand, dass der Tunneleffekt auch für ein Quant auftritt, dessen Energie hinreichend genau bestimmt wurde und unterhalb der Potentialbarriere liegt, hätte deine Erklärung noch ein weiteres Problem:
Nehmen wir einen Potentialtopf in dem für unser Projektil gebundene Zustände existieren. Schießen wir nun mit einer Energie in der nähe eines solchen gebundenen Zustandes auf den Potentialtopf werden wir feststellen, dass es Teilchen gibt, die in dem Potential „gefangen“ werden.
Würde der Tunneleffekt dadurch entstehen, dass einige wenige Teilchen eine hinreichend hohe Energie besitzen um das Potential zu überwinden, dann würden sie auch das gegenüberliegende Potential überwinden und den Potentialtopf wieder unmittelbar verlassen.

Gruß,
Schigum

#14

Modellvorstellungen?
Hallo,
das alles was diese Thema betrifft, nur eher weniger
anschauliche Modellvorstellungen sind, ist schon klar?

Tunneleffekt ist keine Eigenschaft, die sich aus der
Energieunschärfe ergibt. Neben dem Umstand, dass der
Tunneleffekt auch für ein Quant auftritt, dessen Energie
hinreichend genau bestimmt wurde und unterhalb der
Potentialbarriere liegt,

Auch hier die Frage: Wie will man die Energie eines Quant
bestimmen? Allein durch diese Bestimmung wird es schon
in seinen Parametern verändert.
Damit wäre dann auch der Wellencharakter des Quants „verloren“.

hätte deine Erklärung noch ein weiteres Problem:
Nehmen wir einen Potentialtopf in dem für unser Projektil
gebundene Zustände existieren. Schießen wir nun mit einer
Energie in der nähe eines solchen gebundenen Zustandes auf den
Potentialtopf werden wir feststellen, dass es Teilchen gibt,
die in dem Potential „gefangen“ werden.
Würde der Tunneleffekt dadurch entstehen, dass einige wenige
Teilchen eine hinreichend hohe Energie besitzen um das
Potential zu überwinden, dann würden sie auch das
gegenüberliegende Potential überwinden und den Potentialtopf
wieder unmittelbar verlassen.

Ganz verstehe ich dein Modell nicht:frowning:

Die notwendige Energie, die an Quant benötigt um über eine
Barriere zu „hüpfen“ hat es ja nicht dauerhaft, sondern nur örtlich und zeitlich sehr begrenzt.
Bei einer Vielzahl von Quanten aber eben auch gesetzmäßig,
was ja die Wellenfunktion beschreibt

Dass aber ein Quant auch gleich 2 Barrieren überspringt,
ist ja auch nicht ausgeschlossen. Nur wenn die Wahrscheinlich
für einen Tunnelung eh schon sehr gering ist, ist sie für eine
Dublette noch viel geringer und letztlich auch gar nicht
nachweisbar bzw. unterscheidbar zur einfachen Tunnelung.
Gruß Uwi

#15

Guten Tag,

jetzt verstehe ich, was du meinst. Nicht, dass die Teilchen grundsätzlich eine höhere Energie hätten, sondern diese nur temporär bekommen um das Potential zu überwinden.
Mh…
Da muss ich jetzt länger drüber nachdenken, ob das so als Modell gültig ist :stuck_out_tongue:

Zum messen… ich kann den Impuls einfach messen, auch beliebig genau. Dass ich nichts über den Ort aussagen kann ist mir in diesem Zusammenhang ja eigentlich egal.

Viele Grüße,
Schigum

#16

Damit wäre dann auch der Wellencharakter des Quants
„verloren“.

da verwechselst du jetzt aber das modell mit dem ding.

#17

geht um einzelne Teilchen, deren genau bestimmte Energie unter
der nötigen Schwelle liegt.

Wie will man die Energie von einzelnen Quanten bestimmen?

Du behauptest, man kann die Energie von zB einzelnen Elektronen nicht hinreichend genau bestimmen um sicher zu sein, das es weniger Energie hat, als zB ein 10 mal grösseres elektrisches Potential?

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#18

Die notwendige Energie, die an Quant benötigt um über eine
Barriere zu „hüpfen“ hat es ja nicht dauerhaft, sondern nur
örtlich und zeitlich sehr begrenzt.
Bei einer Vielzahl von Quanten aber eben auch gesetzmäßig,
was ja die Wellenfunktion beschreibt

Stop!
Du vermischt hier die mittleren Geschwindigkeiten einer Menge von Teilchen mit der Wellenfunktion eines einzelnen Teilchen, das hat einfach nichts miteinander zu tun und das eine kann nicht alles Beweis des anderen gelten.

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#19

herzlichen dank für den link. er bestätigt meine vermutung, dass das ganze nur eine methode zum einheimsen zusätzlicher forschungsgelder ist.

ich finde es allerdings ziemlich frech, mit begriffen wie instantane übertragung und x-fache überlichtgeschwindigkeit herumzuwerfen, wenn das ganze ein fast schon reines geometrischer effekt ist. leider springen medien nur allzugern auf solchen schwachsinn auf. aber offenbar gibt es nur mehr zwei arten von publikationen: fachliche publikationen, die aber ohne entsprechendes vorwissen praktisch nicht zu verstehen sind und populärwissenschaftlichen unfug. dein verlinkter artikel ist da eine angenehme ausnahme: fachlich fundiert und trotzdem so erklärt, dass man ich gerade noch als laie versteht.

lg
erwin