#Zehn Arten von Überlichtgeschwindigkeit

Der Kosmos ist kurioser, als es im irdischen Alltag erscheint: Einstein fragte sich, wie es wäre, mit einem Lichtstrahl zu fliegen – und revolutionierte daraufhin die Physik. Inzwischen kennen Forscher Phänomene und spekulieren über Lösungen der Relativitätstheorie-Gleichungen, die sogar Einsteins Fantasie weit überflügeln.
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Rasante Plasmawolke: In der Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs im Quasar 3C 279 (rot) wird Materie auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, sie erscheint aus irdischer Perspektive aber noch schneller. Die fünf Radioaufnahmen bei 22 Gigahertz machte der Radioteleskop-Verbund VLBA (Very Large Baseline Array) von 1991 bis 1997. Innerhalb dieser sieben Jahre hatte sich die Jetstruktur (jeweils ganz rechts) um scheinbar 25 Lichtjahre bewegt. 3C 279 befindet sich fünf Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Jungfrau.
©bdw-Grafik/Karl Marx; Quelle: G. Piner, A. Wehrle u. a., Astrophys. J. Suppl. 133, 297 (2001), NRAO/AUI Archives

Hier beobachteten Astronomen erstmals ein Lichtecho: die Nova GK Persei, 16.000 Lichtjahre entfernt. Diese neue Abbildung entstand aus der Kombination von optischen (orange), Röntgen- (blau) und Radioaufnahmen (pink) der Weltraumteleskope Hubble und Chandra sowie des Very Large Array. Gasmassen von der Sternexplosion dehnen sich mit rund 1200 Kilometer pro Sekunde aus.
©NRAO, VLA, NASA, STScI, CXC, RIKEN, D. Takei u. a.

Improvisierte Initiation: Mit diesem Spiegel in einem schwarz ausgemalten Mülleimer begann 1952 die Tscherenkow-Astronomie.
©G. Hallewell, CERN

Die stärkste Laseranlage beim Aufbau am Lawrence Berkeley National Laboratory: Sie erreichte im Juli 2012 zunächst ein Petawatt an Leistung und wird seither ständig verbessert. 2019 beschleunigte sie auf einer Strecke von 20 Zentimetern Elektronen von 0 auf 7,8 Gigaelektronenvolt – Weltrekord.
©R. Kaltschmidt/Berkeley Lab

Wenn Kräfte ohne Zeitverlust wirken, würde ständig ein unvorhersagbares Durcheinander herrschen. Die kausale Ordnung der Welt wäre unverständlich und wohl schon das simple Abbiegen in einer Kurve unmöglich.
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Mit Lasern verbunden: Die Optical Ground Station (OGS) der Europäischen Raumfahrtagentur gehört zum Teide-Observatorium in 2400 Meter Höhe auf der Insel Teneriffa. Für eine Quantenteleportation wurden einzelne Photonen im unsichtbaren Infrarotbereich vom Jacobus Kapteyn Telescope auf der Nachbarinsel La Palma zum 143 Kilometer entfernten 1-Meter-OGS-Teleskop geschickt. Die beiden im Foto sichtbaren Laserstrahlen dienen der Stabilisierung des Signalaustauschs zwischen den Teleskopen.
©IQOQI Wien, Österreichische Akademie der Wissenschaften

Verschiedene Lichtgeschwindigkeiten: Im Vakuum breitet sich elektromagnetische Strahlung schneller aus als in Materie. So hat sichtbares Licht in einem Glas mit dem Brechungsindex n = 1,4 eine Phasengeschwindigkeit von 71 Prozent der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit c; die Gruppen- und Signalgeschwindigkeit beträgt sogar nur 70 Prozent von c. In einem Glasprisma kann weißes Licht außerdem so gebrochen werden, dass es in seine Farben – also Wellenlängen und Frequenzen – zerlegt beziehungsweise aufgefächert wird. Dieser Dispersion genannte Effekt basiert darauf, dass sich die Phasengeschwindigkeiten der einzelnen Frequenzen in Materie geringfügig unterscheiden. In den meisten transparenten Stoffen nimmt n mit der Frequenz zu. Deshalb bricht Glas blaues Licht stärker als rotes. Seit 1870 ist jedoch auch das umgekehrte Phänomen bekannt: die anomale Dispersion.
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Das Prinzip eines Warp-Antriebs: Die Allgemeine Relativitätstheorie erlaubt es, den Weltraum vor einem Raumschiff gezielt zum Schrumpfen zu bringen (rot) und hinter ihm entsprechend auseinanderzuziehen, sodass es nach vorn gleitet – wie ein Surfbrett auf einer Welle. Eine solche erstmals von Miguel Alcubierre beschriebene Raumzeit-Metrik ist im Bild zweidimensional dargestellt.
©Illustration: Science Photo Library/Mark Garlick