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Wissenschaftler der Universitäten Rostock und Birmingham haben eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, die das Verständnis von Licht und Zeit revolutionieren kann. Es handelt sich dabei um „Lichtblitze“, die scheinbar aus dem Nichts entstehen und ebenso schnell wieder verschwinden – ein Phänomen, das auf den ersten Blick magisch erscheint, jedoch tief in mathematischen Prinzipien verwurzelt ist, die es vor äußeren Störungen schützen. Die Forschungsergebnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Photonics“ veröffentlicht.
Zeit ist die seltsame Dimension: Im Gegensatz zu ihren räumlichen Geschwistern ist sie eine Einbahnstraße, denn die Uhr geht immer nur vorwärts und nie rückwärts. Wissenschaftler sind sich der Eigenheiten der Zeit seit langem bewusst. Dennoch hat die Zeit in der Physik weniger Aufmerksamkeit erhalten als der Raum. Doch der Fortschritt in der Erforschung raumzeitlicher Kristalle, also von Objekten mit sich wiederholenden Mustern in Zeit und Raum, hat ein Umdenken angestoßen, das die Rolle der Zeit in der Physik neu bewertet.
Das Forscherteam der Universität Rostock und der University of Birmingham hat herausgefunden, dass Licht an einem bestimmten Punkt in der Raumzeit „kleben“ kann. „Es ist fast biblisch: Am Anfang ist da nichts. Dann sagt die Physik: 'Es werde Licht!', und es wird tatsächlich Licht – um einen einzigen genau bestimmten Punkt im Raum und in der Zeit“, scherzt Professor Alexander Szameit von der Universität Rostock. Diese flüchtigen Lichtblitze, so kurz sie auch sein mögen, sind kein Zufall, sondern haben tiefe mathematische Wurzeln, erläutert Professorin Hannah Price von der University of Birmingham: „Die Topologie, ein vielleicht etwas abstrakter, aber sehr grundlegender und folgenreicher Zweig der Mathematik, schreibt hier tatsächlich ein bestimmtes physikalisches Verhalten vor.“ Aus diesem Grund und wegen der erwähnten „Einbahnstraße“ der Zeit weisen solche raumzeittopologischen Ereignisse, wie sie genannt werden, auch eine einzigartige Robustheit gegenüber äußeren Störungen auf.
Die Forschenden fanden heraus, dass diese Phänomene einen inhärenten Schutz gegen zufällige Veränderungen und Streulicht bieten. „Das ist etwas, wogegen scheinbar alle anderen bisher bekannten Zustände des Lichts anfällig sind“, erklärt Dr. Joshua Feis von der Universität Rostock. Dr. Sebastian Weidemann, ebenfalls von der Universität Rostock, ergänzt: „Dieser Schutz könnte die robuste Formung von Lichtwellen in wichtigen Anwendungen wie Bildgebung, Kommunikation oder Lasern ermöglichen.“
Diese Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für die Physik und zeigen das Potenzial, das ein Umdenken über die Rolle von Zeit und Raumzeit in der Wissenschaft birgt. Insbesondere öffnen die Ergebnisse eine Tür zu einem viel breiteren Feld potenzieller Entdeckungen, die durch zielgerichtete Erforschung dieser neuen alten Dimension ermöglicht werden.
Diese Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Europäischen Union, der Alfried Krupp von Bohlen und Halbach-Stiftung, dem Leverhulme Trust, der Royal Society und dem Engineering and Physical Sciences Research Council gefördert.
Prof. Dr. Alexander Szameit
Chair for "Experimental Solid-State Optics"
University of Rostock
Institute of Physics
Albert-Einstein-Straße 23
18059 Rostock
Germany
Phone: +49 381 498 6790
Fax: +49 381 498 6702
Email: alexander.szameit@uni-rostock.de
Homepage: https://www.optics.physik.uni-rostock.de/en/
Veröffentlichung: Feis, J., Weidemann, S. et al. Space-time-topological events in photonic quantum walks. Nature Photonics (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01653-w
Zeit und Raum neu gedacht: Durch einen neuen Blick auf diese altbekannten Dimensionen in der Physik ...
A. Szameit/ Universität Rostock
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Lehrer/Schüler, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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