Erstmals Licht in virtueller Zeit „eingefangen“

Physiker der University of Maryland (USA) haben gerade einen beispiellosen wissenschaftlichen Meilenstein erreicht: Sie haben die Bewegung von Licht in „imaginärer Zeit“ beobachtet, einem mathematischen Konzept, das unwirklich erscheint.

Die Beobachtung der Lichtbewegung sowohl im realen Raum als auch in der „virtuellen Zeit“ eröffnet viele Perspektiven für praktische Anwendungen im modernen menschlichen Leben – Illustration: NASA

Normalerweise bewegt sich Licht beim Durchdringen eines transparenten Materials nicht so frei wie im Vakuum. Das komplexe Netzwerk elektromagnetischer Felder im Material bremst jedes Photon ab und verzögert so die Reise des gesamten Lichtstrahls.

Dieses Phänomen hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie Licht mit der Mikrostruktur von Materialien interagiert, und so deren physikalische Eigenschaften zu erforschen.

Von virtuell zu real

Ein Teil der mathematischen Modelle, die dieses Phänomen beschreiben, verwendet oft sogenannte imaginäre Zahlen. Diese Zahlen haben im Alltag keinen realen Wert und werden oft als rein mathematische Werkzeuge betrachtet. Das neue Experiment zeigt jedoch, dass diese scheinbar nur auf dem Papier existierenden Zahlen tatsächlich als vollständig messbare physikalische Phänomene auftreten können.

In einer Studie, die in Physical Review Letters , einer der renommiertesten wissenschaftlichen Zeitschriften der Physik, veröffentlicht wurde, erklärten die Physiker Isabella Giovannelli und Steven Anlage, dass sie Mikrowellen, eine Lichtform außerhalb des sichtbaren Bereichs, nutzten und diese durch eine geschlossene Schleife aus Koaxialkabel übertrugen. Dieses Gerät simuliert eine kontrollierte Umgebung, um die Ausbreitung von Lichtimpulsen durch Materialien zu untersuchen.

Durch die Messung der winzigen Frequenzschwankungen der Mikrowellen beim Durchgang durch das System entdeckten sie, dass die Frequenzverschiebungen nicht zufällig waren, sondern die physikalische Manifestation imaginärer Zahlen in der Gleichung darstellten.

Dies zeigt, dass das Konzept der imaginären Zeit nicht nur eine mathematische Fantasie ist, sondern tatsächlich existiert und die Ausbreitung des Lichts beeinflusst.

Dr. Anlage sagte, sein Team habe einen bislang übersehenen Freiheitsgrad in Lichtwellen entdeckt, der es ermögliche, ein einst als „virtuell“ betrachtetes Phänomen durch völlig reale Faktoren zu erklären.

Bemerkenswerterweise können sich Lichtpulse in diesem Medium vorübergehend schneller bewegen als die Photonen, aus denen sie bestehen. Das mag paradox klingen, ist aber eine logische Konsequenz des Einflusses des Mediums und der Wellenstruktur.

Viele Perspektiven für die Praxis

Der Erfolg dieses Experiments stellt nicht nur einen Fortschritt auf dem Gebiet der theoretischen Physik dar. Die Beobachtung von Licht in einem Zustand namens „imaginäre Zeit“ eröffnet auch viele Perspektiven für praktische Anwendungen im modernen Leben.

Wenn die Menschheit besser versteht, wie sich elektromagnetische Wellen – von Licht bis hin zu Mikrowellen – beim Durchgang durch Materie bewegen und verändern, können wir viele der Technologien optimieren, die auf ihnen basieren.

Im Bereich der drahtlosen Kommunikation können diese neuen Erkenntnisse beispielsweise dazu beitragen, die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Signalübertragung zu verbessern. Bei Radar- und Sensorsystemen können sie zu höherer Empfindlichkeit und geringeren Störungen beitragen und so die Effizienz in Bereichen wie der Luftfahrt, dem Militär und der Automatisierung verbessern.

Insbesondere in der aufstrebenden Welt des Quantencomputings, in der jede Interaktion vom Verhalten mikroskopisch kleiner Teilchen wie Photonen abhängt, könnte ein tieferes Verständnis des Verhaltens von Licht der Schlüssel zur Entwicklung leistungsfähigerer und stabilerer Computergeräte in der Zukunft sein.

Mit anderen Worten: Aus einem Phänomen, das einst als völlig abstrakt galt, entwickelt sich die virtuelle Zeit allmählich zu einem nützlichen Teil der realen technologischen Welt.

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MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/lan-dau-bat-duoc-anh-sang-trong-thoi-gian-ao-20250630214758668.htm