Information 5. juni 2000, 1. sektion, side 6
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.