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StartseiteEinsteins Erben Einstein und die Lichtbremse01.03.2005

Einstein und die Lichtbremse

Mit schleichenden Photonen wollen britische Physiker die Relativitätstheorie prüfen

<strong>Physik. - 1905 verblüffte Albert Einstein Fachwelt und Öffentlichkeit mit der Aussage, Zeit und Raum seien nicht absolut, sondern könnten gedehnt und gestaucht werden. Die legendäre Relativitätstheorie war geboren. Sie beruht auf der Annahme, dass Licht immer nur mit einer Geschwindigkeit reist - unabhängig davon, ob sich eine Lichtquelle bewegt oder nicht. Mit höchster Präzision wollen britische Physiker den Beweis dazu erbringen - oder Einstein widerlegen.</strong>

Von Frank Grotelüschen

Ben Varcoe macht Licht mit Rubidiumgas zur Schnecke. (Universität Toronto)
Ben Varcoe macht Licht mit Rubidiumgas zur Schnecke. (Universität Toronto)

Unter Physikern ist das Interferometer ein überaus beliebtes Instrument. Mit ihm lassen sich kleinste Längenunterschiede sehr genau messen. Gewöhnlich eilen dabei die beiden Laserstrahlen mit Lichtgeschwindigkeit durch die Apparatur. Für den Geschmack von Ben Varcoe aber ist das viel zu schnell. Also tritt er auf die Bremse - die Lichtbremse sozusagen.

Wir bedienen uns einer Technik, die wir "langsames Licht" nennen. Normalerweise hat Licht eine Geschwindigkeit von 300.000 Kilometern pro Sekunde. Mit unserer Technik können wir Lichtsignale auf sieben Meter pro Sekunde abbremsen.

Der Trick: Normalerweise ist das Interferometer luftleer gepumpt, doch die Physiker füllen es mit ein wenig Rubidiumgas. Das Gas bricht das Laserlicht auf bestimmte Weise. Das Licht selbst wird dadurch zwar nicht langsamer. Aber - und das ist das Entscheidende - Signale, die dem Licht aufgeprägt sind, bewegen sich plötzlich mit der Geschwindigkeit eines Radfahrers. Auf diese schleichenden Lichtsignale haben es die Forscher abgesehen. Der Grund:

Ist der Laserarm einen Meter lang, braucht das Licht normalerweise nur ein paar Nanosekunden, also Milliardstel Sekunden, um darin einmal hin- und zurückzufliegen. Doch wenn wir das Licht auf sieben Meter pro Sekunde abbremsen, braucht es für den gleichen Weg ungefähr eine Drittel Sekunde. Anders gesagt: mit unserer Lichtbremse machen wir aus einem Versuchsaufbau, der in ein normales Labor passt, ein Interferometer mit einer Länge von einigen Tausend Kilometern.

Je länger nun ein Interferometer, desto genauer kann es messen. Mit Hilfe ihrer Lichtbremse kreieren die Engländer quasi ein ultrapräzises Riesen-Interferometer. Und dieses Interferometer nutzt aus, dass sich die Erde um die Sonne dreht.

Die Erde dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 30 Kilometer pro Sekunde um die Sonne, erläutert Varcoe. Und die Sonne mitsamt ihrer Planeten bewegt sich mit 400 Kilometer pro Sekunde durch den Weltraum. Das bedeutet: mal fliegt die Erde deutlich schneller als die Sonne, ein halbes Jahr später dann wesentlich langsamer als die Sonne durchs All.

Den einen Laserarm des Interferometers lassen die Forscher stets in die Flugrichtung der Erde zeigen. Er nimmt also die Geschwindigkeitsunterschiede im Laufe eines Jahres voll mit. Der andere Arm hingegen steht immer senkrecht zur Flugrichtung und merkt rein gar nichts von den Unterschieden. Sollte Einsteins Theorie stimmen, müssen die Laserstrahlen in beiden Armen stets gleich schnell sein. Schließlich geht die Relativitätstheorie davon aus, dass die Lichtgeschwindigkeit immer denselben Wert hat - unabhängig davon, ob sich eine Lichtquelle bewegt oder nicht. Doch stimmt Einstein nicht, könnte es winzige Schwankungen bei den Geschwindigkeiten beider Strahlen geben. Bisherige Laserexperimente haben das bis auf die 15. Stelle hinter dem Komma genau gemessen - und keine Abweichung gefunden. Mit seinen schleichenden Photonen will sich Ben Varcoe nun bis an die 30. Stelle hinterm Komma herantasten - ein überaus ehrgeiziges Unterfangen. Ende des Jahres will er die ersten Ergebnisse präsentieren

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