Superluminares Tunneln
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Zur Beschreibung des Experimentes zitiere ich einfach mal die Wikipedia:
In der Universität Köln unter der Leitung von Günter Nimtz wurde der quantenmechanische Effekt des Superluminaren Tunnelns von Mikrowellen-Photonen als erstes nachgewiesen (siehe auch Tunneleffekt).
Medienwirksam wurde dort mit frequenzmodulierten Mikrowellen ein Teil einer Mozart-Sinfonie mit einer gemessenen 4,7-fachen Lichtgeschwindigkeit übertragen. Das Experiment wurde durch andere Gruppen (u.a. Steinberg und Chiao von der Universität Berkeley) nachgeprüft und bestätigt. Experimente mit Photonen anderer Wellenlänge, insbesondere mit sichtbarem Licht, haben stattgefunden und die Beobachtungen wurden auch hier bestätigt. In allen Experimenten wird festgestellt, dass sich eine superluminare Geschwindigkeit dann einstellt, wenn sich zwischen der Quelle und dem Detektor eine Barriere befindet, welche die Photonen erst überwinden (durchtunneln) müssen.
Diese Experimente stehen in völliger Übereinstimmung mit einem der Axiome der Relativitätstheorie, nach der keine Informationsausbreitung mit Überlichtgeschwindigkeit stattfindet. So kann man z.B. zeigen, dass ein Wellenzug beim Tunneln stärker im hinteren Teil gedämpft wird als im vorderen, so dass sich sein Intensitätsmaximum nach vorne verlagert. Definiert man die Lage des Maximums als Position des Wellenzuges, so kann man eine Überlichtgeschwindigkeit errechnen, ohne dass irgendein Teil des Wellenzuges mit Überlichtgeschwindigkeit vorangeschritten wäre.
Bei Tunnelexperimenten mit einzelnen Photonen wurde bereits überlichtschnelles Tunneln nachgewiesen, siehe zum Beispiel Experimente der Chiao-Gruppe. Da beim Tunneln jedoch ein großer Teil der tunnelnden Photonen und damit der Information verloren geht, ist auch hier die Möglichkeit einer überlichtschnellen Informationsübertragung umstritten, siehe auch diese Bibliographie.
Von anderen Physikern, zum Beispiel im Überblicksartikel von Privitera et al., wird darauf hingewiesen, dass die Superluminalität des Geschehens ein Artefakt der verwendeten Definition von Geschwindigkeit ist. Auch Hendrik van Hees argumentiert im Quantenmechanikteil der de.sci.physik-FAQ in diese Richtung.
Die Frage ist also: Was glaubt ihr, wurde bei dem Experiment Überlichtgeschwindigkeit erreicht, oder nicht?
Ich habe dazu meinen Physiklehrer mal gefragt. Er sagte (überprüfen kann ich das noch nicht), dass nach den Gleichungen der QM das tunneln TATSÄCHLICH instantan geschieht, dass also die Theorie für eine Überlichtgeschwindigkeit spricht.
Auch halte ich die in dem Wiki-Artikel genannten Argumente für recht fadenscheinig. Denn gegen beim Argument mit dem kompletten Wellenzug wird angegeben, dass sich das Intensitätmaximum nach vorne verlagert. Dieses Argument mag da vielleicht gelten, aber sicherlich nicht bei einzelnen tunnelnden Quanten.
Und bei den einzelnen Quanten wird argumentiert, dass es Zufall ist, welche Quanten ihr Ziel erreichen und welche nicht, dass eine Informationsübertragung also nicht möglich ist. Dieses Argument zieht wiederrum nicht im ersten Experiment (dort wurde ja das Signal astrein übertragen).
Jetzt könnte man höchstens argumentieren, dass es halt zwei getrennte Argumente sind, die aus unterschiedlichen Gründen nicht hinhauen. Aber dann frage ich mich: Wieso eigentlich? Ist es nicht eigentlich das gleiche Experiment, denn auch ein Photon ist ja eigentlich nur ein sehr kurzer Wellenzug?
Auch halte ich bei beiden Experimenten das Problem der Informationsübertragung mehr für ein Problem des Protokolls. Angenommen es wäre so, dass z.B. im ersten Experiment nur das Maximum der Information sich nach vorne verschiebt und kein Teil der Welle sich wirklich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt. Dann würde es doch auch reichen, das Maximum quasi als \"1-Bit\" zu betrachten, um mit serieller Übertragung Informationen superluminar zu übertragen?
Und im zweiten Experiment: Einzelne Quanten werden mit Überlichtgeschwindigkeit übertragen. Könnte man nicht z.B. einfach folgendes Protokoll vereinbaren: Es gibt ja eine gewisse Wahrscheinlichkeit, mit der ein Photon durchkommt. Angenommen, wir würden jetzt eine Informationseinheit als 1 Sekunde definieren, in dieser Sekunde schicken wir ein paar Milliarden Photonen durch den Tunnel. Davon kommen mit sehr hoher Wahrschienlichkeit ein paar an. Wenn wir eine 0 scicken wollen, schicken wir einfach eine Sekunde lang nichts durch den Tunnel. Bei sehr langen Entfernung würde sich der Zeitverlust, durch die Streckung der Übertragung (1 Sekunde ist ja auch nur ein Beispiel, amn könnte immer noch gute Ergebnisse mit sehr viel kürzeren Zeiten erreichen) ausgleichen mit dem Gewinn durch die Überlichtschnelle Informationsübertragung.
Es würden dabei natürlich Fehler auftreten, aber die könnte man durch eine passende Wahl des \"Bit-Intervalls\" reduzieren - je länger ein Bit \"dauert\" desto mehr Photonen kann man schicken, und desto höher die Wahrscheinlichkeit das welche durchkommen und Kleine Fehler hat man schließlich auch bei klassischer Übertragung.
Also, ein langer Eingangspost, aber ich hoffe, dass ein paar Menschen sich dennoch beteiligen ;)Abstimmung (Nur eine Auswahl möglich)
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Sag mal, Physik-LK oder Freak???
Ich sitze auch im Physik Leistungskurs, und solche Themen interessieren mich auch (mache sogar Facharbeit über die Lichtgeschwindigkeit), aber so tiefgreifende Gedanken hab ich mir noch nicht gemacht. 
Das einzige, was mir zu deinen Ausführungen einfällt: Hast du dir schon mal was über Gruppengeschwindigkeit durchgelesen? Dabei wird oft Überlichtgeschwindigkeit gemessen; allerdings ist dabei keine Informationsübertragung möglich.
Aus wikipedia:
Die Gruppengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich ein Wellenpaket als Ganzes fortbewegt.
Ein Wellenpaket ist eine Welle, deren Amplitude nur in einem begrenzten Raumgebiet ungleich Null ist. Der Amplitudenverlauf wird Hüllkurve des Wellenpakets genannt. Über eine Fourier-Reihe kann man sich ein Wellenpaket als eine Überlagerung von Einzelwellen mit verschiedenen Frequenzen vorstellen. Sie breiten sich jeweils mit einer bestimmten Phasengeschwindigkeit aus, die frequenzabhängig sein kann. Die Hüllkurve bewegt sich jedoch mit der Gruppengeschwindigkeit. Die Form der Hüllkurve kann sich bei Vorliegen von Dispersion während der Fortbewegung des Wellenpaketes ändern.
[...]
Oft stellt man sich die Gruppengeschwindigkeit als die Geschwindigkeit vor, mit der das Wellenpaket Energie oder Information durch den Raum transportiert. Dieses stimmt in den meisten Fällen, und zwar immer dann, wenn Verluste vernachlässigt werden können, so dass die Gruppengeschwindigkeit als Signalgeschwindigkeit des Wellenpakets verstanden werden kann. Allerdings kann bei Lichtpulsen in stark verlustbehafteten Medien die Gruppengeschwindigkeit wesentlich größer sein als die Phasengeschwindigkeit, und sogar größer als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit ist jedoch nicht möglich, da die Signalgeschwindigkeit stets maximal gleich c ist (im Fall der verlustbehafteten Medien ist die Signalgeschwindigkeit nicht identisch der Gruppengeschwindigkeit!).
Sowas ist mir für meine Facharbeit übrigens etwas zu kompliziert; ich werde wohl nur kurz darauf eingehen. ;)
Gruß, Aletheios
Beitrag geändert: 19.7.2008 0:52:48 von aletheios -
Sag mal, Physik-LK oder Freak???
Würd mal sagen, das eine schließt das andere nicht aus, oder? ;) In meinem Fall vermutlich beides (auch wenn es mittlerweile eher ein ehemaliger LK ist, hab mittlerweile mein Abi durch
)
Das einzige, was mir zu deinen Ausführungen einfällt: Hast du dir schon mal was über Gruppengeschwindigkeit durchgelesen? Dabei wird oft Überlichtgeschwindigkeit gemessen; allerdings ist dabei keine Informationsübertragung möglich.
Nein, habe ich nicht, ist aber interessant für das Argument, dass sich das Maximum zwar mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen mag, das Signal aber nicht... muss mir das mal genauer durchlesen... -
Aha, schon wieder.
Ich habe von diesem Versuch auch gehört und genau das hat mich auch auf Meyl gebracht.
Nach Lehrmeinung kann es nämlich nur transversale EM-Wellen geben.
Es gibt aber auch longitudinale die in Richtung der Wellenausbreitung schwingen (Darauf beruht die Energieübertragung von Tesla). Darum ist der Versuch auch überlichtschnell. Die Mikrowellen haben eine Wellenlänge im Zentimeter-Bereich. Die Übertragungsstrecke war glaub ich 0.5 m.
Die Grundgeschwindigkeit der Welle war immernoch lichtschnell, durch die longitudinalen Anteile wurde sie scheinbar überlichtschnell.
Die Versuchsdurchführer müssen das berücksichtigt haben, damit sie keinen Datenmüll empfangen haben und einen speziellen Sender verwendet haben.
So ist das... -
So ist das...
Korrektur: so siehst du das. Da ich aber explizit nach Meinungen gefragt habe, werde ich hier nicht dagegen anreden. Eine genaue mathematische oder zumindest akribische physikalische Erklärung wäre aber schön.
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Frag die Leute die das Experiment aufgebaut und durchgeführt haben.
Was soll ich da jetzt spekulieren.
Aber ich fand die Erklärung mit den Longitudinalwellen sehr einleuchtend. -
Quelle ;) Ich will das Experiment für mich persönlich bewerten, möchte die relevanten Erklärungsversuche unter die Lupe nehmen um zu verstehen, was da passiert. Da bringt es mir wenig, wenn du sagst, dass es angeblich \"auch longitutidnalwellen gibt, und dadurch wird dann alles erklärt\" ;) (Ist nicht abfällig gemeint. Könnt ich mir auch kaum leisten, denn immerhin geht es hier darum, dass ich offen zugebe, nach Erklärungen zu suchen, da darf ich wohl kaum auf Erklärungen rumhacken ;) )
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Das ist ja gerade das Problem mit der Quelle, die halten das ja geheim und sagen es ist so. Ich kenne noch nicht einmal den Versuchsaufbau und die Technik von Sender und Empfänger.
Aber aus einem universitären Umfeld ist es glaube ich leichter an diese Informationen zu kommen als sonst wie. -
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