Kann Lichtenergie durch die „Zeitrisse“ dringen und in die Vergangenheit und die Zukunft eingreifen? Wissenschaftler haben zum ersten Mal bewiesen

Science-Fiction-Netzwerk, 13. April. Wissenschaftler haben erstmals gezeigt, dass sie Licht durch einen „Zeitriss“ in der Zeit übertragen können.

Das neue Experiment folgt einer Demonstration von vor über 200 Jahren, bei der Licht, das durch zwei Schlitze in einem Schirm fiel, ein charakteristisches Beugungsmuster im Raum erzeugte, in dem sich die Spitzen und Täler der Lichtwellen addierten oder aufhoben. Im neuen Experiment erzeugten die Forscher zeitlich ähnliche Muster und veränderten dabei im Wesentlichen die Farbe ultrakurzer Laserpulse.

Die Entdeckung ebnet den Weg für die Entwicklung analoger Computer, die auf Lichtstrahlen gespeicherte Daten statt digitaler Bits verarbeiten – und sie könnte es solchen Computern sogar ermöglichen, aus Daten zu lernen. Darüber hinaus hat es unser Verständnis der grundlegenden Eigenschaften des Lichts und seiner Wechselwirkung mit Materie vertieft.

In der neuen Studie verwendeten die Forscher Indiumzinnoxid (ITO), ein Material, das in den meisten Handybildschirmen zu finden ist. Wissenschaftler wussten bereits, dass ITO auf Licht reagieren kann, indem es von transparent zu reflektierend wechselt, aber die Forscher fanden heraus, dass dies viel schneller geschieht als bisher angenommen, nämlich in weniger als 10 Femtosekunden.

Die Forscher fanden heraus, warum die Reaktion so schnell abläuft, indem sie die Theorie, wie Elektronen in ITO auf einfallendes Licht reagieren, sorgfältig untersuchten.

Im Jahr 1801 demonstrierte der britische Wissenschaftler Thomas erstmals die wellenartige Natur des Lichts durch das klassische „Doppelspaltexperiment“. Wenn Licht auf einen Schirm mit zwei Schlitzen trifft, ändert sich die Richtung der Wellen, so dass sich die aus einem Schlitz austretende Welle mit der aus dem anderen Schlitz eintretenden Welle überlappt. Die Spitzen und Täler dieser Wellen addieren sich oder heben sich gegenseitig auf und bilden helle und dunkle Streifen, sogenannte Interferenzmuster.

In der neuen Studie haben die Forscher solche Interferenzmuster zeitlich nachgebildet, indem sie „Pump“-Laserpulse auf einen mit ITO beschichteten Bildschirm gerichtet haben. Obwohl das ITO zunächst transparent ist, verändert das Licht des Lasers die Eigenschaften der Elektronen im Material, sodass das ITO das Licht wie ein Spiegel reflektiert. Ein nachfolgender Sondenlaserstrahl, der auf den ITO-Bildschirm trifft, würde diese vorübergehende Änderung der optischen Eigenschaften, die nur einige hundert Femtosekunden dauert, erkennen. Durch die Verwendung eines zweiten Pumplaserpulses verhält sich das Material so, als ob es zwei Schlitze in der Zeit hätte, so wie Licht durch einen Doppelschlitz im Raum hindurchgeht.

Während das Licht seine Richtung ändert und sich auffächert, wenn es durch einen herkömmlichen Schlitz im Raum geht, ändert sich seine Frequenz, wenn es durch diese doppelten „Schlitze in der Zeit“ geht, und die Frequenz ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge. Die Wellenlänge des sichtbaren Lichts bestimmt seine Farbe.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Wissenschaftler herausgefunden haben, wie man Licht nicht räumlich, sondern zeitlich manipulieren kann. Wissenschaftler bei Google sagen beispielsweise, ihr Quantencomputer habe einen Zeitkristall geschaffen, eine neue Phase der Materie, die sich im Laufe der Zeit periodisch verändert, anstatt dass Atome in periodischen Mustern im Raum angeordnet seien.

Forscher hoffen, diese Phänomene ausnutzen zu können, um Metamaterialien oder Strukturen zu schaffen, die den Lichtweg auf spezifische und oft komplexe Weise verändern.