Lyset for enden af tunnellen

Endnu engang har fysikere udfordret Einstein ved at få lyset til at gå hurtigere end lyset. Konsekvenserne er frygtindgydende

Af Robin Engelhardt

Siden Einstein formulerede sin relativitetsteori i 1905 har fysikere ståetpå hovedet for at forstå teorien i dens fulde omfang. Og ikke mindst har de forsøgt at finde smuthuller i argumenterne. Formlen E=mc2 er blevet så verdensberømt, at den kan sælges som T-shirts til nørder, og lysets hastighed i det tomme rum (normalt angivet ved bogstav c, som er cirka lig 300.000 kilometer i sekundet) har siden Einstein stået som en irriterende hastighedsbegrænsning for alt det sjove her i universet.

Ikke kun sciencefiction-forfattere har fundet på alskens krumspring for at undgå denne sneglefart. Også mange astrofysikere har spekuleret over, om man ikke kan bøje reglerne lidt, så tidsrejser tilbage i tiden og små galaktiske afstikkere igen bliver (teoretisk) mulige. Nu viser det sig, at det ikke er litteraturens krumspring, men derimod ægte kvantespring der kræves. Et hold af italienske fysikere beretter i 22. maj-udgaven af Physical Review Letters om små pulser af mikrobølgelys, som kan bevæge sig hurtigere end lyset over en afstand på mere end én meter. Også en anden artikel af Lijun Wang, som vil blive offentliggjort i fagbladet Nature om kort tid, viser, hvordan lyset kan skubbes fremad i et specialdesignet gaskammer med en resulterende fart på cirka 300 gange lysets normale hastighed. Dermed genåbnes en fundamental debat i fysikken om, hvorvidt der vitterlig kan finde informationsoverførsel sted med en hastighed, som er hurtigere end lyset, eller om det hele blot er nogle forkerte fortolkninger af Heisenbergs usikkerhedsprincip, når relativitetsteorien kommer i nærkontakt med den noget uforenelige kvantemekanik (sic!).

Hurtigere end lys-lys
Det er en lille tilsnigelse at sige, at intet kan bevæge sig hurtigere end lyset i det tomme rum. Over en årrække har fysikere vidst, at man faktisk godt kan sende 'hurtigere end lyset'-lys afsted. Men det har været en hemmelighed, primært fordi man ikke havde nogen teoretisk forklaring på det. Som udvej opfandt man et ord på 32 bogstaver:"Informationsoverførselshastighed". Denne hastighed kan ikke være hurtigereend c, blev det sagt, men så længe lyset består af de såkaldte flygtige bølger , og så længe det ikke indeholder information, må det godt være hurtigere. Det blev flertallet af fysikerne enige om. Der findes dog en tysk fysiker ved navn Günther Nimtz fra universitetet i Köln, som er uenig med flertallet af sine kolleger ved at insistere på, at også information kan sendes hurtigere end lyset. Allerede i 1992 udførte han et antal eksperimenter, som viste, at man kan udnytte den såkaldte kvantemekaniske tunnel-effekt til at sende mikrobølger igennem en opsætning og få en hastighed op til 4,7 gange lysets. Og for at bevise, at signalet skam var information, og ikke det rene støj, sendte han Mozarts fyrretyvende symfoni igennem apparaturet og optog outputtet på en båndoptager. Kvaliteten var meget ringe, men man kunne sagtens høre, at det var Mozart.

Regelbrud
Nimtz' eksperimenter startede en følelsesladet debat, fordi det satte et kæmpe spørgsmålstegn ved hele Einsteins kausalitetsprincip. Idet et signal kommer tidligere ud af en boks end det kommer ind, bryder man jo alle fornuftens regler om årsag og virkning, før og efter. Som det sig hør og bør, foregik den efterfølgende kontrovers på et anstændigt og sagligt højt niveau, hvor man diskuterede, hvad der menes med ord som hastighed , kausalitet og information . Argumenterne for og imod er alt for komplicerede til at kunne gengives tilfredsstillende i en daglig avis (læs: For svære at forstå for denne skribent), men i grove træk handler det om den rette forståelse af ordet information på det kvantemekaniske niveau. Amerikanske forskere, som f.eks. Raymond Chao, der har lavet et lignende eksperiment som Nimtz, fortolker resultatet som en deformering af signalet i løbet af tunnelingen , dvs. mens mikrobølgerne bevæger sig igennem apparaturet som resultat af tunneleffekten.

Deformeringen betyder, at man ikke længere kan tale fornuftigt om bølgens hastighed som sådan. Enkelte lys-partikler (dvs. fotoner) kan godt gå hurtigere end lyset, men fordi de frigøres tilfældigt, indeholder de ingen information. Nimtz og hans kolleger er derimod ligeglade med om, det er tilfældige fotoner eller om bølgen deformeres, så længe det udgående signal er genkendelig. I en BBC- udsendelse om emnet sagde han således: "Måske er Mozarts 40. symfoni ikke information for en amerikaner, men for en tysker er der en vis information i det." Debatten er endnu ikke afgjort, men for lægmænd kan det virke lidt, som om fysikerne kvier sig ved at opgive deres yndlingsteori. Det er heller ikke særlig underligt, fordi en relativering af lysets maksimale hastigheder samtidig ville tage fysikkens vigtigste grundpille, dvs. princippet om årsag og virkning, med i faldet - i hvert fald på kvanteniveau. Men selv Nimtz tror ikke, at tricket vil føre til tidsrejser tilbage i tiden. Han mener, at den tid, som det kræves at læse informationen, vil opveje gevinsten og derved gøre det umuligt at signalere hurtigt nok tilbage til afsenderen og ændre hændelser i datiden.

Alskens absurditeter
Med de nye videnskabelige artikler fra det italienske forskerhold og fra Lijun Wang fra Princeton University i New Jersey, vil debatten sikkert intensiveres. For hvis man vitterlig kan komme op over lysets hastighed, vil man også igen kunne diskutere rejser tilbage i tiden, og det åbner op for alskens absurditeter fra science fiction-land . Det er måske heller ikke så underligt, at Einstein ikke kunne fordrage kvantemekanikken med alle dens usikkerheder og sandsynlighedsberegninger. Når ikke engang lysets hast kan være fredet for probabilistiske taskenspillerier, så er der ikke længere grænser for, hvad der kan anses som relativt. Ikke engang hans egen relativitetsteori. Mange fysikere er dog enige i, at det eneste, der virkelig ville hjælpe på situationen, var en ny teori, som kunne forene Einsteins relativitetsteori med kvantemekanikken. Men den lader stadig vente på sig.


Fakta - Tunnel-effekten
Nimtz og Chaos eksperimenter er baseret på en bizar kvantemekanisk egenskab, som man kalder tunnel-effekten. Hvis man sparker en bold mod en mur, springer den tilbage. Men lys, der kan anskues som en bølgepakke, kan med en vis sandsynlighed gendannes på bagsiden af muren. Hvis det lykkes at overvinde barrieren, vil bølgepakken være meget svagere end oprindeligt, men som det skete i Nimtz og Chaos eksperimenter, vil den til gengæld være hurtigere end tidligere.

Fakta - Lys for Dummies
Lad os opsummere, hvad vi har lært om lys i denne artikel: Lys kan både være partikler (fotoner) og bølger. De kan både gå igennem mure og lade være, hvilket vil sige, at de kan være overalt, selv steder hvor de ikke burde være. Fotonerne har ingen masse, men så har de måske en masse alligevel, for ellers ville de ikke kunne bøjes af i et tyngdefelt. I øvrigt opfører 90 procent af alt stof i universet sig, som om det slet ikke findes. Uvist af hvilken grund kan lyset ikke lide dette stof, og ignorerer det. Fysikerne kalder stoffet for "sort materie", og de ved, at det må være et eller andet sted derude, for ellers ville universet have for lidt masse til at udvide sig, og hurtigt falde sammen som en punkteret ballon. Lyset kan både bevæge sig langsommere og hurtigere end i det gør normalt, og derfor kan lyset gå på tidsrejser både forud og bagud i tiden. Lys, som går hurtigere end lyset, kan bære information, eller også kan det ikke. Men hvis det kan, betyder det, at det kan forudsige lottotal og få os til at være vores egen bedstefar (hvilket det så ikke kan alligevel...). I det store hele kan man dog være enige om, at fysikken om lyset er et flydende fagområde under stadig udvikling.

0 comments:

There was an error in this gadget