Wissenschaftler wissen seit langem, dass es manchmal so aussieht, als ob Licht aus einem Material austritt, bevor es in dieses eindringt – ein Effekt, der als Illusion abgetan wird, der durch die Verzerrung von Wellen durch Materie verursacht wird.
Jetzt sagen Forscher der University of Toronto, dass sie durch innovative Quantenexperimente gezeigt haben, dass „negative Zeit“ nicht nur eine theoretische Idee ist – sie existiert in einem greifbaren, physischen Sinne und verdient eine genauere Untersuchung.
Die Ergebnisse, die noch nicht in einer Fachzeitschrift veröffentlicht wurden, haben sowohl weltweite Aufmerksamkeit als auch Skepsis erregt.
Die Forscher betonen, dass diese verblüffenden Ergebnisse eher eine eigenartige Eigenart der Quantenmechanik als einen radikalen Wandel in unserem Zeitverständnis verdeutlichen.
„Das ist selbst für uns schwierig, mit anderen Physikern darüber zu reden. Wir werden ständig missverstanden“, sagte Aephraim Steinberg, Professor an der Universität Toronto, der sich auf experimentelle Quantenphysik spezialisiert hat.
Während der Begriff „negative Zeit“ wie ein aus der Science-Fiction übernommenes Konzept klingen mag, verteidigt Steinberg seine Verwendung und hofft, dass er tiefergehende Diskussionen über die Geheimnisse der Quantenphysik anregen wird.
Laserexperimente
Vor Jahren begann das Team, Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie zu erforschen.
Wenn Lichtteilchen oder Photonen Atome passieren, werden einige davon von den Atomen absorbiert und später wieder emittiert. Diese Wechselwirkung verändert die Atome und versetzt sie vorübergehend in einen energiereicheren oder „angeregten“ Zustand, bevor sie wieder in den Normalzustand zurückkehren.
In der von Daniela Angulo geleiteten Forschung wollte das Team messen, wie lange diese Atome in ihrem angeregten Zustand blieben. „Diese Zeit erwies sich als negativ“, erklärte Steinberg – was eine Dauer von weniger als Null bedeutete.
Um dieses Konzept zu veranschaulichen, stellen Sie sich Autos vor, die in einen Tunnel einfahren: Vor dem Experiment erkannten Physiker, dass die durchschnittliche Einfahrtszeit für tausend Autos beispielsweise Mittag sein könnte, die ersten Autos jedoch etwas früher herauskommen könnten, sagen wir 11:59 Uhr. Dieses Ergebnis wurde zuvor als bedeutungslos abgetan.
Was Angulo und Kollegen demonstrierten, ähnelte der Messung des Kohlenmonoxidgehalts im Tunnel, nachdem die ersten paar Autos herauskamen, und stellte fest, dass vor den Messwerten ein Minuszeichen stand.
Relativität intakt
Die Optimierung der Experimente, die in einem vollgestopften Kellerlabor voller Drähte und mit Aluminium umwickelter Geräte durchgeführt wurden, dauerte über zwei Jahre. Die verwendeten Laser mussten sorgfältig kalibriert werden, um eine Verfälschung der Ergebnisse zu vermeiden.
Dennoch stellen Steinberg und Angulo schnell klar: Niemand behauptet, dass Zeitreisen möglich seien. „Wir wollen nicht sagen, dass irgendetwas in der Zeit zurückgereist ist“, sagte Steinberg. „Das ist eine Fehlinterpretation.“
Die Erklärung liegt in der Quantenmechanik, wo sich Teilchen wie Photonen auf unscharfe, probabilistische Weise verhalten, anstatt strengen Regeln zu folgen.
Anstatt sich an einen festen Zeitplan für Absorption und Wiederemission zu halten, finden diese Wechselwirkungen über ein Spektrum möglicher Dauern statt – von denen einige der alltäglichen Intuition entgehen.
Entscheidend ist, sagen die Forscher, dass dies nicht gegen Einsteins spezielle Relativitätstheorie verstößt, die besagt, dass sich nichts schneller als Licht bewegen kann. Diese Photonen trugen keine Informationen und umgingen jegliche kosmische Geschwindigkeitsbegrenzungen.
Eine spaltende Entdeckung
Das Konzept der „negativen Zeit“ hat sowohl Faszination als auch Skepsis hervorgerufen, insbesondere bei prominenten Stimmen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Die deutsche theoretische Physikerin Sabine Hossenfelder beispielsweise kritisierte die Arbeit in einem YouTube-Video, das von über 250.000 Menschen angesehen wurde, und bemerkte: „Die negative Zeit in diesem Experiment hat nichts mit dem Lauf der Zeit zu tun – sie ist nur eine Möglichkeit, die Ausbreitung von Photonen zu beschreiben.“ durch ein Medium und wie sich ihre Phasen verschieben.
Angulo und Steinberg lehnten ab und argumentierten, dass ihre Forschung entscheidende Lücken im Verständnis schließt, warum sich Licht nicht immer mit konstanter Geschwindigkeit ausbreitet.
Steinberg räumte die Kontroverse um die provokative Überschrift ihres Artikels ein, wies jedoch darauf hin, dass kein ernsthafter Wissenschaftler die experimentellen Ergebnisse in Frage gestellt habe.
„Wir haben uns entschieden, was unserer Meinung nach eine fruchtbare Art und Weise ist, die Ergebnisse zu beschreiben“, sagte er und fügte hinzu, dass praktische Anwendungen zwar noch schwer fassbar seien, die Ergebnisse aber neue Wege für die Erforschung von Quantenphänomenen eröffnen.
„Ich bin ehrlich, ich habe derzeit keinen Weg von dem, was wir uns angesehen haben, hin zu Bewerbungen“, gab er zu. „Wir werden weiter darüber nachdenken, aber ich möchte den Leuten keine Hoffnungen machen.“
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