Licht wird in einem Medium gefangen, dass schneller als Licht fließt
Ein britisches Forscherteam will im Labor künstliche Schwarze Löcher erzeugen, von denen Licht und Schallwellen verschluckt werden. Normalerweise entsteht ein Schwarzes Loch, wenn ein riesiger Stern unter seinem eigenen Gewicht zu einem winzigen Punkt kollabiert. Anschließend ist der Stern ein kosmischer Staubsauger, der alles aufsaugt, was ihm zu nahe kommt. Selbst Licht kann trotz seiner enormen Geschwindigkeit nicht der Schwerkraft eines Schwarzen Loches entkommen. Da nichts aus dem Inneren dieser Himmelskörper entweicht, können Astronomen sie auch nicht direkt beobachten. Daher will der Physiker Ulf Leonhardt von der Universität St Andrews nun zusammen mit seinem Team im Labor gut beobachtbare Schwarze Löcher kreieren, die ihren Artverwandten im Kosmos in vieler Hinsicht gleichen.
Für Physiker sind Schwarze Löcher unter anderem deswegen interessant, weil in der mathematischen Beschreibung dieser Himmelskörper zwei fundamental verschiedene Sichtweisen aufeinander treffen: Die von Albert Einstein entwickelte Relativitätstheorie mit ihren Aussagen über die Schwerkraft und die von Max Planck angestoßene Quantentheorie supatomarer Teilchen. Beide Theorien stehen bis heute unvereint nebeneinander. Viele Physiker hoffen daher, mit einer detaillierten Untersuchung von Schwarzen Löchern beide Denkschulen in einer “Quantenphysik der Schwerkraft” zu verschmelzen.
Allerdings liegt es außerhalb der Möglichkeiten irdischer Physiker eine riesige Masse in einem Punkt zu vereinen. Die Forscher um Leonhardt haben sich daher etwas besonderes einfallen lassen: Sie wollen mit einem Laser Licht in ein Medium strahlen, das sich selbst schneller bewegt als Licht. “Das ist, als wenn ein Fisch sich einem Wasserfall nähert”, sagt Leonhardt. “Ab einem bestimmten Punkt ist der Wasserstrom schneller als die Geschwindigkeit, die der Fisch schwimmen kann. Das Tier ist gefangen und hat keine Chance mehr zu entkommen.”
Die Idee ist jedoch kniffliger, als sie zunächst klingt: Licht besitzt nämlich die höchste denkbare Geschwindigkeit im bekannten Universum und kann daher prinzipiell von keinem anderen Medium überholt werden – so dachte man zumindest noch bis vor kurzem. Leonhardt und sein Team wollen einen Effekt nutzen, den Physiker erst seit wenigen Monaten technisch beherrschen: die so genannte “elektromagnetisch induzierte Transparenz”. Dazu wird ein Gas auf eine sehr niedrige Temperatur über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. Wenn man dieses Gas mit einem speziellen Laser beschießt, kann sich das Licht aus einem weiteren Laser in dem Gas nur wenige Zentimeter in der Sekunde fortbewegen. Ein Wanderer könnte dieses Licht leicht überholen. “Es ist gefangen – wie in einem kleinen Schwarzen Loch”, sagt Leonhardt.
In einem weiteren Versuchsaufbau will das gleiche Forscherteam ein Gas erzeugen, in dem sich Schall nur noch sehr langsam fortbewegt und das daher eine ideale Falle für Schallwellen ist. Auch in diesem Experiment könnten Quanten-Phänomene untersucht werden. Laut Leonhardt gibt es weltweit höchstens noch zwei weitere Forschergruppen, die ähnliche experimentelle Ansätze wie die Physiker aus St Andrews verfolgen.
bdw
