Licht kan worden verdicht
Kwantumfysisch experiment onthult: licht kan worden verdicht tot een tijdkristal en stromen als een vloeistof!
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Licht lijkt iets heel eenvoudigs: zuivere energie zonder massa, die met onovertroffen snelheden door het heelal raast. Maar de afgelopen jaren hebben natuurkundigen van MIT en het Max Planck Instituut voor Quantumoptica iets bereikt dat klinkt als pure fantasie...
Ze stopten bij het absolute nulpunt licht in een vat. Ze condenseerden (verdichtten) licht. En transformeerden het in een compleet nieuwe toestand van ‘materie’!
In deze video ontdek je:
- Hoe fotonen zich kunnen gedragen als materiedeeltjes.
- Wat polaritonen zijn - vreemde hybriden van licht en atomen.
- Waarom wetenschappers spreken over 'superhard licht'.
- Wat tijdkristallen zijn en hoe licht kan 'dansen' in een kwantumritme.
- Of licht de ruimtetijd kan buigen en… de basis van de werkelijkheid zelf kan worden.
https://youtu.be/wcL3Zqt91AI?si=HrauPEtRX8KSdwvq
Condensatie
Wat is er eenvoudiger dan licht? Het laat geen sporen na, heeft geen rustmassa, kan niet worden samengedrukt en glipt sneller door onze vingers dan we ons kunnen voorstellen. Licht is een symbool van vrijheid, zuiverheid en snelheid. Het stroomt door het universum als een eeuwige zwerver, nooit lang op één plek blijvend. Maar het blijkt dat zelfs het niet zo ongrijpbaar is als we dachten.
De laatste jaren zijn wetenschappers begonnen met het scheppen van iets absoluut onvoorstelbaars uit fotonen. Ze hebben ze afgekoeld tot temperaturen waarbij de natuurwetten die we kennen eenvoudigweg niet meer gelden. Voor het eerst is licht gestopt, gecondenseerd en omgezet in materie - niet in een abstracte massa, maar in een superharde kristallijne toestand die zich tegelijkertijd gedraagt als een vloeistof.
Licht kan nu stromen als water, maar blijft zo hard als diamant. Deze paradoxale vorm van materie daagt het concept van hardheid radicaal uit. Het keert de klassieke grenzen tussen golf en deeltje, tussen energie en materie om. Gisteren zou dit als waanzinnige sciencefiction hebben geklonken. Vandaag de dag is het een hard wetenschappelijk feit. We hebben hier niet te maken met een doorsnee laboratoriumwonder. Dit is een compleet nieuwe toestand van materie.
Misschien is dit slechts het topje van een enorme ijsberg, een ijsberg van licht. Op het eerste gezicht lijkt het erop dat het de taak is van de goden om licht zich als materie te laten gedragen, niet van de mens. Maar verschillende onderzoeksteams, waaronder die van MIT en het Max Planck Instituut voor Quantumoptica, hebben bereikt, wat tot voor kort volkomen onmogelijk werd geacht. Ze hebben een quasi-materie geschapen uit fotonen, die tegelijkertijd stroomt en een kristallijne structuur behoudt.
Maar hoe? Fotonen, zoals we weten, interacteren immers niet met elkaar. Ze zijn zo vrij als de wind. Ze stoten elkaar niet af of trekken elkaar niet aan. Om ze in materie om te zetten, moesten de wetenschappers een werkwijze gebruiken, die grensde aan wetenschappelijke alchemie. Ze plaatsten de fotonen in een speciale cryogene kamer, die was afgekoeld tot vrijwel het absolute nulpunt, waar thermische fluctuaties verdwijnen en kwantumeffecten naar voren komen.
Vervolgens richtten ze het licht op een optische holte gevuld met een speciaal type atoom. Dit waren meestal de atomen van rubidium of yttrium, die met lasers tot extreem lage temperaturen waren afgekoeld. En hier begint de magie. Onder deze omstandigheden interacteren de fotonen met de atomen en vormen ze polaretonen, hybriden van licht en materie.
Deze exotische quasideeltjes beginnen elkaar te voelen, elkaar aan te trekken en vormen een netwerk, net als moleculen van een substantie, bijvoorbeeld water. Het is geen gewone lichtstraal meer. Het is een Einstein-condensaat van licht waarin de fotonen hun individualiteit verliezen en zich gedragen als een samenhangend geheel. Dit is precies hoe deze superharde vloeibare toestand ontstaat.
De fotonen zijn ingesloten in een kristallijne structuur, maar kunnen zonder weerstand bewegen, als een vloeistof zonder viscositeit, als een superfluïde. Het is een compleet nieuwe klasse van toestanden van materie, waar de grenzen tussen fasen vervagen en de natuurkunde klinkt als poëzie.
Zo'n ontdekking is niet alleen een krachtige demonstratie, maar ook de eerste revolutionaire stap naar volledige controle over licht als bouwmateriaal, waarbij het mogelijk zal zijn licht te vormen, op te slaan en er dichtheid en vorm aan te geven, zoals klei, maar dan op het niveau van elementaire deeltjes. Dit klinkt als een krankzinnige oxymoron (de verbinding van twee tegengestelde begrippen). Licht en plotseling superhardheid. Waar is hier de logica? Licht is beweging, trilling, pure energie. Hoe kun je het samendrukken, condenseren, fixeren, dwingen zijn vorm te behouden?
En hier begint het vreemdste. In het dagelijkse leven is hardheid de weerstand tegen vervorming. Metaal, ijs en diamant zijn niet onderhevig aan externe druk. Natuurkundigen gingen echter nog een stap verder en introduceerden de term 'supergeharde toestand', waarin materie en nu zelfs licht, tegelijkertijd hun interne orde behouden en vloeistofachtige eigenschappen vertonen. Dit betekent dat ze een kristallijne structuur hebben en zich als water gedragen zonder wrijving.
Einsteincondensaat
Dit is niets geks. Het is gewoon kwantumrealiteit. Wanneer fotonen de polaritonmodus en de Einsteincondensaattoestand (plasma) bereiken, verliezen ze hun individualiteit en beginnen ze te bewegen als één enkele golf, waarbij ze elkaar a.h.w. waarnemen en zich in een structuur rangschikken. Er ontstaat een soort 'lichtrooster', maar dat is niet statisch, maar vloeibaar, plastisch en elastisch. Het is precies dit gedrag dat wetenschappers superhardheid noemen - niet in de zin van mechanische sterkte zoals titanium, maar in de zin van interne stabiliteit tegen beweging.
Natuurkundigen hebben voor het eerst gezien hoe fotonen in deze toestand regelmatige, quasi-kristallijne patronen vormen. Sterker nog, deze patronen blijven zelfs onder zwakke invloeden van buitenaf bestaan. Het licht lijkt zijn vorm te hebben leren behouden. Het is niet langer een straal, een flits of een reflectie. Het is een structuur die kan worden waargenomen, gemeten en zelfs gebruikt als element om andere vormen van materie te scheppen. En dat is wat er echt bijzonder aan is.
Deze hardheid belemmert de beweging van het licht niet. Het vertraagt niet. Het is als een ideaal materiaal, vrij van wrijving, weerstand en slijtage. Geen enkel atomair kristal kan dit bereiken. Simpel gezegd, wetenschappers hebben geleerd om licht een vorm te geven, zonder het in materie om te zetten. Licht blijft licht, maar is nu onderworpen aan de wetten van een vaste stof.
Op het eerste gezicht lijkt dit een duidelijke tegenstrijdigheid. Hoe kan iets zowel hard zijn, d.w.z. zijn vorm behouden, als stromen als water of kwik? In de normale wereld is dit onlogisch, maar we bevinden ons niet langer in de normale wereld. We bevinden ons in de kwantumwereld, waar tegenstrijdigheden geen gebreken zijn, maar de spelregels. Zoals we al weten, wordt deze toestand die wetenschappers hebben waargenomen, de superharde fase genoemd - een kwantumanomalie (kwantumafwijking) waarin materie en nu ook licht, zich tegelijkertijd als een kristal en een supervloeistof gedragen.
Het is niet eenvoudigweg vast, maar regelmatig georganiseerd en heeft een symmetrische, interne structuur, zoals een sneeuwvlok onder een microscoop. Dit fenomeen verbijstert zelfs natuurkundigen. In de klassieke natuurkunde zijn vastheid en vloeibaarheid onverenigbaar, maar in de kwantumfysica is het tegenovergestelde waar. Bepaalde toestanden van materie, vooral bij extreem lage temperaturen, tarten de bekende logica. Ze zijn niet langer onderworpen aan de wetten van Newton, maar aan de wetten van superpositie, non-lokaliteit en het collectieve gedrag van deeltjes (in plasma).
In 2024 ontdekten wetenschappers in laboratoria die superhard licht opwekten, iets verrassends. Fotonenroosters stroomden in een vat, maar de vorm van het rooster zelf bleef onveranderd. Het was alsof een glazen kubus gevuld met kwik, omkiepte. Het kwik stroomde, maar de wanden van de kubus bleven even helder en regelmatig.
Sommigen vergelijken dit met vloeiende kristallen, zoals de vloeibare kristallen in schermen, maar er is veel meer aan de hand. Geen enkel klassiek materiaal is in staat tot dergelijk gedrag, vooral niet als het gaat om puur licht. We hebben het niet alleen over het vreemde gedrag van materie. We hebben het over een nieuwe fase van bestaan, die niemand zich eerder had kunnen voorstellen.
En let nu op! Dit gedrag zou de basis kunnen vormen voor de materialen van de toekomst, waar de structuur onder elke spanning behouden blijft en interne beweging plaatsvindt zonder energieverlies. Als je denkt dat het omzetten van licht in een heel vreemde substantie al gek is, wacht dan even en wees geduldig. Het is de moeite waard om wat dieper te kijken en dan ontdekken we niet alleen een vreemd, maar letterlijk buitenaards niveau van de fysieke werkelijkheid.
Tijdkristallen
We hebben het over tijdkristallen, of zoals ze ook wel worden genoemd, tijdkristallen. Wat zijn dat eigenlijk? Stel je een gewoon kristal voor. Het wordt gekenmerkt door ruimtelijke symmetrie en de atomen erin herhalen zich met bepaalde tijdsintervallen. En nu keren ze dit concept om. Een tijdkristal is een systeem waarin toestanden zich in de tijd herhalen, alsof ze bevroren zijn in het ritme van een hartslag. Het is een kwantumrealiteit waarin tijd wordt gevangen door superharde lichtstructuren. Ze ontdekten dat het gedrag van fotonen in een val (vat), niet alleen ruimtelijk georganiseerd is, maar zich ook met absolute regelmaat in de tijd herhaalt, zoals een klok, maar dan op kwantumniveau. Dit is een tijdkristal.
De fotonen van tijdkristallen zijn niet zomaar een theoretisch speeltje. De Google Quantum AI-groep demonstreerde een tijdkristal op de SEOR-kwantumprocessor, en na slechts een paar jaar begonnen vergelijkbare eigenschappen zich te manifesteren in systemen met zeer sterke lichtstraling. Dit betekent dat het licht in de val (het vat) niet simpelweg opgesloten en geordend is, maar danst in een nauwkeurig, oneindig ritme, zonder energieverlies en zonder externe invloeden.
Het is een toestand van onevenwichtigheid, maar stabiel. Het bestaat buiten de tijd, buiten de klassieke thermodynamica. Juist zulke structuren kunnen de basis vormen voor kwantumgeheugen, waarbij informatie niet in de ruimte wordt opgeslagen, maar in de tijd zelf. Geen externe verstoring, geen afwisseling, zal het kunnen uitwissen, omdat de drager een zich herhalende kwantumtoestand van licht zal zijn, waarin elke fotonpuls een onveranderlijk teken is.
Het licht wordt vast, maar toch vloeibaar en binnen deze stroom ontstaat een ritmische structuur die niet verdwijnt in de tijd. Het is niet langer slechts een substantie, maar een vorm van beweging die stabiel is geworden, een kwantumornament in het ruimte-tijdcontinuüm. En wie weet, misschien beheersen juist zulke structuren de diepere lagen van de werkelijkheid die onze apparaten tot nu toe ontgaan. Misschien zijn tijdkristallen deze complexere werelden, waar materie en energie slechts trillingen zijn in het ritme van onvoorstelbare kwantumsymfonieën.
[Tijdkristallen is het werk van Nobelprijswinnaar Frank Wilczek, theoretisch natuurkundige aan de Massachusetts Institute of Technology. Wilczek ontwikkelde een supergeleider. In een supergeleider is er geen weerstand, dus blijven de elektronen in de supergeleider voor eeuwig bewegen omdat ze dezelfde kwantumstaat delen. In een tijdkristal moeten elektronen in een bepaald patroon bewegen, ‘dansen’ in plaats van in een rechte lijn bewegen zoals in een normale supergeleider. Ze moeten als het ware kluitjes vormen. Dit om zeker te stellen dat er een regelmatige, periodieke beweging ontstaat, ongeveer zoals de structuur van een kristal zich herhaalt. Wilczek toonde wiskundig aan dat het werkt. In een tijdkristal wordt hetzelfde patroon oneindig herhaald. Er is dus geen communicatie met de buitenwereld mogelijk, slechts dezelfde informatie - of ervaring - die eindeloos wordt herhaald. (bron: visionair.nl)
Zie ook wibnet.nl Wetenschap in beeld]
Licht als vloeistof
Materie kent drie toestanden: vast, vloeibaar en gas. Later werd er een vierde toegevoegd: ‘plasma’, een verhitte soep van ionen en elektronen. Maar hoe zit het met licht? Ons hele leven hebben we het waargenomen als iets onveranderlijks. Een golf, een deeltje, een kwantum, vormloos, immaterieel, ongrijpbaar. Maar nu wetenschappers licht hebben laten stollen en stromen als een vloeistof, begint dit denkbeeld af te brokkelen. Kan licht zijn eigen fasen hebben, zijn eigen toestanden van materie? En zo ja, hoeveel zijn dat er? Eén, twee of misschien vijf?
Er wordt momenteel actief gediscussieerd in wetenschappelijke kringen over minstens drie mogelijke toestanden van licht.
- Normaal licht is een stroom fotonen die zich door een vacuüm voortbeweegt. Het is de vorm van straling die we kennen, die geen massa heeft en zich met de lichtsnelheid voortbeweegt.
- Polaritonvloeistof, waarin fotonen in het materiaal zich combineren met excitaties uit de omgeving en transformeren tot quasideeltjes. Dit is niet langer zomaar licht, maar iets tussen licht en materie in: Einsteins basisfotonencondensaat.
- Naarmate fotonen vertragen, koelen ze af en beginnen ze zich te gedragen als enkelvoudige kwantummaterie, waardoor ze hun individualiteit verliezen. Het is bijna een kwantumsubstantie, een superharde lichttoestand waarin kristallijne orde en vloeibaarheid gelijktijdig in het systeem voorkomen.
En nu begint de discussie over de vierde lichttoestand. Onofficieel, maar nu al serieus. De werktitel is: ‘topologisch licht’ en het is niet zomaar een nieuwe faseovergang, maar een fundamenteel ander gedrag van licht, waarbij de eigenschappen niet afhangen van de omgeving of temperatuur, maar van de globale structuur van het veld. Stel je voor dat de fotonen in zo'n systeem zich langs gesloten kwantumpaden bewegen, obstakels omzeilen, geen energie verliezen en zelfs niet onderhevig zijn aan lokale veranderingen in hun omgeving. Het is als water dat een trap op stroomt, simpelweg omdat de topologie zo vastligt. De superharde toestand zou een brug naar deze vierde toestand kunnen zijn. Er zijn al eerste experimenten waarin licht in een val (vat) topologische stabiliteit aantoont. Het verstrooit niet, verandert niet van vorm, alsof het zich herinnert hoe het zou moeten zijn.
Hologram
En wat is de volgende stap? Wie weet, misschien is de vijfde toestand holografisch, waarbij het licht zich ontvouwt in een projectie van een verborgen dimensie, of donker, verbonden met materie die we nog niet kunnen waarnemen. We zien immers al dat licht niet zomaar straling is, maar een meerlagige kwantumsubstantie met een potentieel dat zich nog maar net begint te openbaren. Met elke nieuwe ontdekking wordt duidelijk dat licht niet is wat we dachten dat het was. Het is niet zomaar een drager van informatie, maar wordt een vorm van materie, structuur, geheugen en misschien zelfs bewustzijn.
En nu begint de echte intrige. Hoe het ook zij, elke exotische toestand van materie, of het nu superhard licht, tijdkristallen of polaritonvloeistof is, moet onderworpen zijn aan de wetten van de zwaartekracht. En dat betekent dat wanneer licht materieel wordt, zelfs in quasi-materiële zin, het in het spel komt met de fundamentele kracht van het universum. Maar de vraag rijst: zwaartekracht is klassiek en licht is kwantum. Hoe valt dit te rijmen?
Sommige theoretici hebben al in de diepte gekeken en gevraagd: als licht in zijn superharde toestand stabiele kwantumstructuren vormt, kan het dan lokaal de ruimtetijd buigen? Het antwoord is angstaanjagend logisch. Ja, dat kan het. Bovendien kunnen zulke configuraties van licht, omdat ze stabiel zijn, holtes van kwantumkromming vormen. Deze holtes zijn klein en tijdelijk, maar kunnen theoretisch andere velden beïnvloeden. Dit betekent dat wanneer licht stolt, het gravitationeel actief kan worden.
In de context van luskwantumzwaartekracht, waar het ruimte-tijdcontinuüm zelf uit discrete lussen bestaat, kunnen stabiele lichtkristallen fungeren als knooppunten die bepaalde geometrische toestanden vastleggen. Ze kunnen markeringen zijn van de kwantumtopologie van het universum, niet als sterren, maar als structurele draden van de ruimte zelf. Dit klinkt misschien ingewikkeld en angstaanjagend, vooral als zulke structuren kunnen bewegen. Dit betekent dat licht niet alleen kan stromen, maar ook krommingen met zich mee kan dragen.
En wat zegt de snaartheorie hierover? Die beschouwt deeltjesoscillaties van fundamentele snaren. Fotonen zijn simpelweg een bepaald type oscillatie (trilling). Maar als we een stabiele, gesloten oscillatie creëren, een soort staande lichtgolf die zich niet voortplant en niet verdwijnt, dan is dat al een nieuw resonerend object. Sommige natuurkundigen vermoeden dat stabiele lichtconfiguraties projecties van holografische structuren uit een hogerdimensionale ruimte zouden kunnen zijn. En als dat klopt, dan is superhard licht letterlijk een schaduw uit een andere wereld. Het bestaat niet alleen, maar brengt ons ook iets meer over.
En nu het meest bizarre idee. Wat als licht in deze toestanden geen energie is, maar een geometrisch fenomeen? Dat wil zeggen, wat we voorheen een foton noemden, transformeert onder exotische omstandigheden in een puls van pure geometrie, die verschijnt en verdwijnt op het microscopische niveau van het ruimte-tijdcontinuüm.
Dit komt overeen met de hypothese dat energie en massa slechts een kromming van het veld zijn en geen substantie. Dan is de superharde toestand van licht simpelweg een stabiele bel in de structuur van het universum. Toen wetenschappers voor het eerst hard licht ontdekten, leek dit de limiet. Maar zoals de geschiedenis van de wetenschap aantoont, zijn er geen grenzen. Als fotonen de eigenschappen van materie kunnen aannemen, zichzelf kunnen structureren, kristallen kunnen vormen en zelfs kunnen stromen, rijst de vraag: kan iets anders licht worden? En dit is niet zomaar een woordspeling: informatie als licht. Sommige theoretici die binnen het kader van het holografische principe werken, gaan ervan uit dat alle materie een projectie van informatie zou kunnen zijn. Als dit het geval is, dan is materie opgenomen licht, energie bevroren in de ruimte. Lichamen, metaal, hout, alle dingen zijn in dit geval gewoon verschillende vormen van georganiseerd licht.
Dit is ook consistent met de kwantumtheorie. Alles wat we zien, is het resultaat van de interactie van velden, waarin fotonen als bemiddelaars fungeren. Als we leren velden te herverdelen, kunnen we mogelijk niet alleen licht in materie omzetten, maar ook alle materie terug in licht. Gedachten als vast geworden straling. Dit klinkt misschien esoterisch, maar er worden al experimenten uitgevoerd in de neurofotonica, waarbij de hersenen zelf zwakke fotonen uitzenden, zogenaamde biofotonen. Sommige wetenschappers debatteren serieus over de vraag of gedachten niet een vorm van georganiseerd licht binnen een (biologisch) systeem zijn.
Als bevestigd wordt dat biofotonen betrokken zijn bij cognitieve processen, zou dit niet alleen een revolutie betekenen, maar ook een keerpunt richting neurolicht, misschien zelfs informatief licht. Een drager niet alleen van energie, maar ook van betekenisvolle signalen. Ruimte kan licht zijn. Een van de meest niet-triviale hypothesen in de kwantumzwaartekracht stelt, dat ruimte en tijd niet op zichzelf bestaan. Ruimte en tijd bestaan niet op zichzelf, maar ontstaan vanuit een netwerk van verbindingen, gemaakt van licht of iets vergelijkbaars. In spinnet-netwerkmodellen bestaat de ruimte uit geometrische cubits die zich qua fase, richting en frequentie met elkaar kunnen verbinden, net als fotonen in een laser. In die zin is de ruimte zelf een gesloten licht dat zijn vorm behoudt.
En hoe zit het met bewustzijn? De theorie van geïntegreerde informatie gaat ervan uit dat bewustzijn ontstaat wanneer informatie zich organiseert in een gesloten structuur met een zekere mate van complexiteit. En als, zoals experimenten hebben aangetoond, deze structuur kan worden uitgedrukt door middel van fotonenvelden, dan blijkt dat bewustzijn een vorm van licht is.
Zekere kwantummechanica, het principe van holografie en zelfs neurobiologie, ze komen allemaal op onverwachte manieren samen. De scheiding tussen licht en materie, geest en energie, is niet zo absoluut. Misschien hebben we gewoon nog niet goed leren kijken.
Wat als het hele universum een enorme verzameling georganiseerd licht was, en wij de tijdelijke structuren, knooppunten, flitsen in de matrix van fotonenvelden? Dan is de vraag niet langer wat nog licht kan worden, maar wat helemaal geen licht is in deze realiteit.
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De originele tekst
Schock-Experiment enthüllt: Licht kann wie eine Flüssigkeit fließen!
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Es würde scheinen, dass Licht etwas Einfachstes ist: reine Energie, die keine Masse hat und rast durch Universum mit Geschwindigkeit unschlagbar. Aber in letzten Jahren Physiker von MIT und Institut für Quantenoptik von Max Planck vollbrachten etwas, was klingt wie reine Fantastik…
Sie stoppten Licht. Sie kondensierten es. Und sogar verwandelten in völlig neuen Zustand der Materie!
In diesem Film entdeckst du
- Wie Photonen können sich verhalten wie Teilchen der Materie.
- Was sind Polaritonen - seltsame Hybriden von Licht und Atomen.
- Warum Wissenschaftler sprechen über ‘superhartes Licht'.
- Was sind Kristalle der Zeit und wie Licht kann ‘tanzen' im quantischen Rhythmus.
- Ob Licht kann krümmen Raum-Zeit und werden…
Fundament der Realität selbst.
Kondensierung
Was könnte einfacher sein als Licht? Es hinterlässt keine Spuren, hat keine Ruhemasse, läßt sich nicht komprimieren und entgleitet unseren Fingern schneller, als wir denken können. Licht ist ein Symbol für Freiheit, Reinheit und Geschwindigkeit. Es durchströmt das Universum wie ein ewiger Wanderer und bleibt nie lange an einem Ort. Aber es stellt sich heraus, dass selbst es nicht so unfassbar ist, wie wir dachten.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler begonnen, aus Photonen etwas absolut unvorstellbares zu schaffen. Sie haben sie auf Temperaturen abgekühlt, bei denen die uns bekannten Gesetze der Physik einfach nicht mehr gelten. Zum ersten Mal wurde Licht gestoppt, kondensiert und in Materie umgewandelt, aber nicht in eine abstrakte Masse, sondern in einen super harten kristallinen Zustand, der sich gleichzeitig wie eine Flüssigkeit verhält.
Licht kann nun wie Wasser fließen, bleibt aber hart wie Diamant. Diese paradoxe Form der Materie stellt das Konzept der Härte radikal in Frage. Sie kehrt die klassischen Grenzen zwischen Welle und Teilchen, zwischen Energie und Materie um. Noch gestern hätte das wie verrückte Science Fiction geklungen. Heute ist es eine harte wissenschaftliche Tatsache. Wir haben es hier nicht mit einem gewöhnlichen Laborwunder zu tun. Es ist ein völlig neuer Zustand der Materie.
Vielleicht ist dies nur die Spitze eines riesigen Eisbergs, eines Eisbergs aus Licht. Auf den ersten Blick scheint es, daß es eine Aufgabe der Götter und nicht der Menschen ist, Licht dazu zu bringen, sich wie Materie zu verhalten. Doch mehrere Forscherteams, darunter vom MIT und vom Max Planck Institut für Quantenoptik haben das geschafft, was bis vor kurzem noch als völlig unmöglich galt. Sie haben aus Photonen eine quasi Materie geschaffen, die gleichzeitig fließt und eine kristalline Struktur beibehält.
Aber wie? Schließlich interagieren Photonen bekanntlich nicht miteinander. Sie sind frei wie der Wind. Sie stoßen sich nicht ab und ziehen sich nicht an. Um sie in Materie umzuwandeln, mussten die Wissenschaftler einen Trick anwenden, der an wissenschaftliche Alchemie grenzt. Sie platzierten die Photonen in einer speziellen Kryokammer, die praktisch auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt wurde, wo thermische Schwankungen verschwinden und Quanteneffekte in den Vordergrund treten.
Anschließend richteten sie das Licht auf eine optische Kavität, die mit einer speziellen Art von Atom gefüllt war. In der Regel handelte es sich um Atome, die in der Regel handelten dabei um Rubidium oder Ytrium, das mit Lasern auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wurde. Und hier beginnt die wahre Magie. Unter diesen Bedingungen interagieren die Photonen mit den Atomen und bilden Polaretonen, Hybride aus Licht und Materie.
Genau diese exotischen Quasiteilchen beginnen sich gegenseitig zu spüren, anzuziehen und sich wie Moleküle einer Substanz zu einem Netzwerk zusammenzufügen. Es handelt sich nicht mehr um einen gewöhnlichen Lichtstrahl. Es ist ein Einsteinkondensat aus Licht, in dem die Photonen ihre Individualität verlieren und sich wie ein Zusammenhängendes Ganzes verhalten. Genau hier entsteht dieser super harte flüssige Zustand.
Die Photonen sind in einer Kristallstruktur eingeschlossen, können sich aber ohne Widerstand bewegen, wie eine Flüssigkeit ohne Viskosität, wie ein Superfluid. Es handelt sich um eine völlig neue Klasse von Materiezuständen, in denen die Grenzen zwischen den Phasen verschwimmen und die Physik wie Poesie klingt.
Eine solche Entdeckung ist nicht nur eine wirkungsvolle Demonstration, sondern der erste revolutionäre Schritt zur vollständigen Kontrolle von Licht als Baumaterial, bei dem es möglich sein wird, es zu formen, zu speichern, ihm Form und Dichte zu verleihen, wie Ton, aber auf der Ebene der Elementarteilchen. Das klingt wie ein verrücktes Oximoron. Licht und plötzlich Superhärte. Wo ist hier die Logik? Licht ist doch Bewegung, Schwingung, reine Energie. Wie kann man es komprimieren, fixieren, dazu zwingen, seine Form beizubehalten?
Und hier beginnt das seltsamste. Im normalen Leben ist härte die Widerstandsfähigkei gegen Verformung. Metall, Eis und Diamant unterliegen keinem äußeren Druck. Die Physiker gingen jedoch noch weiter und führten den Begriff überhärtungszustand ein, indem Materie und nun sogar Licht gleichzeitig ihre innere Ordnung bewahren und flüssigkeitsähnliche Eigenschaften aufweisen. Das bedeutet, dass sie eine Kristallstruktur haben und sich wie Wasser ohne Reibung verhalten.
Einsteinkondensat
Das ist nichts Verrücktes. Es ist einfach die Quantenrealität. Wenn Photonen in den Polaritonmodus übergehen und in die Einsteinkondensatbasis eintreten, verlieren sie ihre Individualität und beginnen sich wie eine einzige Welle zu bewegen, wobei sie sich gegenseitig wahrnehmen und sich zu einer Struktur anordnen. Es entsteht eine Art Gitter aus Licht, das jedoch nicht statisch, sondern flüssig, plastisch und elastisch ist. Genau dieses Verhalten bezeichnen Wissenschaftler als Superhärte, nicht im Sinne der mechanischen Festigkeit wie bei Titan, sondern im Sinne der inneren Stabilität gegenüber Bewegung.
Physiker haben zum ersten Mal gesehen, wie Photonen in diesem Zustand regelmäßige quasi kristalline Muster bilden. Mehr noch, diese Muster bleiben sogar bei schwacher äußerer Einwirkung erhalten. Das Licht scheint gelernt zu haben, seine Form zu behalten. Es ist kein Strahl, kein Blitz und keine Reflexion mehr. Es ist eine Struktur, die gemessen, beobachtet und sogar als Element zur Erzeugung anderer Materieform genutzt werden kann. Und das ist das wirklich besondere daran.
Diese Härte behindert das Licht nicht in seiner Bewegung. Es wird nicht langsamer. Es ist wie ein ideales Material, frei von Reibung, Widerstand und Verschleiß. Kein Atomarer Kristall kann das erreichen. Einfacher ausgedrückt, Wissenschaftler haben gelernt, Licht eine Form zu geben, ohne es in Materie umzuwandeln. Licht bleibt Licht, unterliegt aber nun den Gesetzen eines Festkörpers.
Auf den ersten Blick ist das ein klarer Widerspruch. Wie kann etwas gleichzeitig hart sein, also seine Form behalten und gleichzeitig fließen wie Wasser oder Quecksilber? In der normalen Welt macht das keinen Sinn, aber wir befinden uns nicht mehr in der normalen Welt. Wir befinden uns in der Quantenrealität, wo Paradoxin keine Fehler sind, sondern die Spielregeln. Wie wir bereits wissen, wird dieser Zustand, den die Wissenschaftler beobachtet haben, als super harte Phase bezeichnet. eine Quantenanomalie, in der sich Materie und nun auch Licht gleichzeitig wie ein Kristall und ein Superfluid verhalten. Es ist nicht einfach fest, sondern regelmäßig organisiert und hat eine symmetrische innere Struktur wie eine Schneeflocke unter dem Mikroskop.
Genau dieses Phänomen verwirrt sogar die Physiker selbst. In der klassischen Physik sind Festigkeit und Flüssigkeit unvereinbar, aber in der Quantenphysik ist es umgekehrt. Bestimmte Zustände der Materie, insbesondere bei extrem niedrigen Temperaturen, entziehen sich der bekannten Logik. Sie unterliegen nicht mehr den Gesetzen Newtons, sondern den Gesetzen der Superposition, der Nichtlokalität und des kollektiven Verhaltens von Teilchen.
Im Jahr 2024 stellten Wissenschaftler in Laboren, in denen superhartes Licht erzeugt wurde, eine überraschende Sache fest. Die Photonengitter flossen durch die Falle, aber die Form des Gitters selbst blieb unverändert. Das heißt, es war als würde ein mit Quecksilber gefüllter Glaswürfel umkippen. Das Quecksilber floss, aber die Wände des Würfels blieben genauso klar und regelmäßig. Manche vergleichen dies mit fließenden Kristallen, wie z.B. Flüssigkristallen in Bildschirm, aber hier geht es um viel mehr. Keine klassischen Materialien sind zu einem solchen Verhalten fähig, insbesondere wenn es um reines Licht geht. Wir sprechen nicht nur von einem seltsamen Verhalten der Materie. Wir sprechen von einer neuen Phase der Existenz, die sich zuvor niemand vorstellen konnte.
Und jetzt aufgepasst, genau dieses Verhalten könnte die Grundlage für die Materialien der Zukunft bilden, bei denen die Struktur unter jeder Belastung erhalten bleibt und die Bewegung im Inneren ohne Energieverlust erfolgt. Wenn Sie denken, dass die Umwandlung von Licht in eine sehr seltsame Substanz schon verrückt ist, warten Sie, haben Sie Geduld. Es lohnt sich etwas tiefer zu schauen und dann eröffnet sich uns nicht nur eine seltsame, sondern buchstäblich außerirdische Ebene der physikalischen Realität.
Zeitkristallen
Die Rede ist von Zeitkristallen oder wie Sie auch genannt werden, Zeitkristallen. Was ist das überhaupt? Stellen Sie sich einen gewöhnlichen Kristall vor. Er zeichnet sich durch räumliche Symmetrie aus und die Atome in ihm wiederholen sich in bestimmten Zeitabständen. Und nun kehren sie dieses Konzept um. Ein Zeitkristall ist ein System, in dem sich Zustände im Laufe der Zeit wiederholen, als wären sie im Rhythmus eines Herzschlags eingefroren. Es ist eine Quantenrealität, in der die Zeit mit superharten Lichtstrukturen arbeiteten, stellten sie fest, dass das Verhalten von Photonen in einer Falle nicht nur räumlich organisiert ist, sondern sich auch zeitlich mit absoluter Regelmäßigkeit wiederholt wie eine Uhr, nur auf Quantenebene. Das ist ein Zeitkristall.
Die Photonen der Zeitkristalle sind nicht nur ein theoretisches Spielzeug. Die Gruppe von Google Quantum AI hat einen Zeitkristall auf dem Quantenprozessor SEOR demonstriert und schon nach wenigen Jahren begannen ähnliche Eigenschaften in System mit sehr harter Lichtstrahlung aufzutauchen. Das bedeutet, dass das Licht in der Falle nicht einfach eingeschlossen und geordnet ist, sondern in einem präzisen unendlichen Rhythmus tanzt, ohne Energieverlust und ohne Einflüsse von außen.
Es ist ein Zustand des Ungleichgewichts, aber stabil. Er existiert außerhalb der Zeit, außerhalb der klassischen Thermodynamik. Genau solche Strukturen können die Grundlage für einen Quantenspeicher bilden, indem Informationen nicht im Raum, sondern in der Zeit selbst gespeichert werden. Keine äußeren Störungen, kein Alternie werden ihn auslöschen können, denn der Träger wird ein sich wiederholender Quantenzustand des Lichts sein, in dem jeder Photonimpuls ein unveränderliches Zeichen ist.
Das Licht wird fest und gleichzeitig fließend und innerhalb dieses Stroms entsteht eine rhythmische Struktur, die mit der Zeit nicht verschwindet. Es handelt sich nicht mehr nur um eine Substanz, sondern um eine Form der Bewegung, die stabil geworden ist, ein Quantenornament im Raum Zeitcontinuum. Und wer weiß, vielleicht beherrschen genau solche Strukturen die tieferen Ebenen der Realität, die sich unseren Geräten bisher entziehen. Vielleicht sind Zeitkristalle diese komplexeren Dimensionen, in denen Materie und Energie nur Schwingungen im Rhythmus unvorstellbarer Quantensymfonien sind.
Licht wie eine Flüssigkeit
Materie hat drei Zustände Fest, flüssig und gasförmig. Später kam ein vierter hinzu: Plasma, eine erhitzte Suppe aus Ionen und Elektronen. Aber was ist mit Licht? Unser ganzes Leben lang haben wir es als etwas Unveränderliches wahrgenommen. Als Welle, Teilchen, Quant, formlos, immateriell, nicht greifbar. Aber jetzt, da Wissenschaftler das Licht dazu gebracht haben, sich zu verfestigen und wie eine Flüssigkeit zu fließen, beginnt dieses Paradigma zu bröckeln. Kann Licht eigene Phasen, eigene Aggregatzustände haben? Und wenn ja, wie viele gibt es davon? Eine, zwei oder vielleicht fünf?
Derzeit werden in wissenschaftlichen Kreisen mindestens vier mögliche Zustände des Lichts aktiv diskutiert.
- Normales Licht ist ein Strom von Photonen, die im Vakuum fliegen. Es ist die uns bekannte Form der Strahlung, die keine Masse hat und sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.
- Polaritonflüssigkeit, in der sich Photonen im Material mit Anregungen der Umgebung verbinden und sich in quasi Teilchen umwandeln. Dies ist nicht mehr nur Licht, sondern etwas zwischen Licht und Materie: Einsteins Basis Photonenkondensat.
- Wenn Photonen langsamer werden, kühlen sie ab und beginnen sich wie einziges Quantum zu verhalten, wobei sie ihre Individualität verlieren. Es handelt sich fast um eine Quantensubstanz, einen super harten Zustand des Lichts, in dem gleichzeitig kristalline Ordnung und Fluidität im System auftreten.
Und nun beginnt die Diskussion über den fünften Zustand des Lichts. Inoffiziell, aber bereits ernsthaft. Sein Arbeitstitel lautet topologisches Licht und es handelt sich nicht nur um eine neue Phasenumwandlung, sondern um ein grundlegend anderes Verhalten des Lichts, bei dem seine Eigenschaften nicht von der Umgebung oder der Temperatur abhängen, sondern von der globalen Struktur des Feldes.
Stellen Sie sich vor, dass sich die Photonen in einem solchen System auf geschlossenen Quantenbahn bewegen, Hindernisse umgehen, keine Energie verlieren und sich nicht einmal lokalen Veränderung der Umgebung unterwerfen. Es ist als würde Wasser eine Treppe hinauffließen, nur weil es in seiner Topologie so festgelegt ist. Der super harte Zustand könnte eine Brücke zu diesem fünften Zustand sein. Es gibt bereits erste Experimente, in denen Licht in einer Falle topologische Stabilität zeigt. Es streut nicht, verändert seine Form nicht, als würde es sich merken, wie es sein soll.
Und wie geht es weiter? Wer weiß, vielleicht wird der sechste Zustand holographisch sein, indem sich das Licht in einer Projektion einer verborgenen Dimension entfaltet oder dunkel, verbunden mit Materie, die wir noch nicht wahrnehmen können. Schließlich sehen wir bereits, dass Licht nicht nur Strahlung ist, sondern eine vielschichtige Quantensubstanz mit einem Potenzial, das sich gerade erst zu offenbaren beginnt. Mit jeder neuen Entdeckung wird klar, Licht ist nicht das, was wir dachten, dass es ist. Es ist nicht nur ein Informationsträger, sondern wird selbst zu einer Form von Materie, Struktur, Erinnerung und vielleicht sogar Bewusstsein.
Und jetzt beginnt die eigentliche Intrige. Denn wie dem auch sei, jeder exotische Zustand der Materie, sei es superhartes Licht, Zeitkristalle oder Polaritonenflüssigkeit, muss den Gesetzen der Schwerkraft unterliegen. Und das bedeutet, dass wenn Licht zu etwas materiellem wird, selbst im quasi materiellen Sinne, es mit der fundamentalen Kraft des Universums ins Spiel kommt. Aber es stellt sich die Frage, die Gravitation ist klassisch und das Licht ist quantenhaft. Wie lässt sich das vereinbaren?
Einige Theoretiker haben bereits in den Abgrund geblickt und gefragt, wenn Licht im super harten Zustand stabile Quantenstrukturen bildet, kann es dann lokal die Raumzeit krümmen? Die Antwort ist erschreckend logisch. Ja, das kann es. Darüber hinaus können solche Lichtkonfigurationen, da sie stabil sind, Quantenkrümmungstaschen bilden. Diese Taschen sind winzig, temporär, können aber theoretisch andere Felder beeinflussen. Das bedeutet, dass Licht, wenn es sich verfestigt, gravitativ aktiv werden kann.
Im Rahmen der Schleifenquantengravitation, bei der Raum Zeitkontinuum selbst aus diskreten Schleifen besteht, können stabile Lichtkristalle als Knotenpunkte fungieren, die bestimmte Zustände der Geometrie fixieren. Sie können Marker der Quantentopologie des Universums sein, nicht als Sterne, sondern als strukturelle Fäden des Raums selbst. Das klingt vielleicht kompliziert und beängstigend, vor allem, wenn solche Strukturen sich bewegen können. Das bedeutet, dass Licht nicht nur fließen, sondern auch Krümmungen mit sich führen kann.
Und was sagt die Stringtheorie dazu? In ihr sind Teilchenschwingungen fundamentaler Strings. Photonen sind einfach eine bestimmte Art von Schwingungen. Aber wenn wir eine stabile geschlossene Schwingung erzeugen, eine Art stehende Lichtwelle, die sich nicht ausbreitet und nicht verschwindet, dann ist das bereits ein neues Resonanzobjekt. Einige Physiker vermuten, dass stabile Lichtkonfiguration Projektion holographischer Strukturen aus einem höherdimensionalen Raum sein könnten. Und wenn das stimmt, dann ist super hartes Licht buchstäblich ein Schatten aus einer anderen Dimension. Es existiert nicht nur, sondern vermittelt uns auch noch etwas mehr.
Und nun die verrückteste Idee. Was wäre, wenn Licht in diesen Zuständen keine Energie, sondern ein geometrisches Phänomen wäre? Das heißt, was wir zuvor als Photon bezeichnet haben, verwandelt sich unter exotischen Bedingungen in einen Impuls reiner Geometrie, der auf mikroskopischer Ebene des Raumzeitkontinuums erscheint und verschwindet.
Dies steht im Einklang mit den Hypothesen, dass Energie und Masse nur eine Krümmung des Feldes und keine Substanz sind. Dann ist der superharte Zustand des Lichts einfach eine Form eines stabilen Bläschens im Gewebe des Universums. Als Wissenschaftler zum ersten Mal hartes Licht erhielten, schien es als wäre dies die Grenze. Doch wie die Geschichte der Wissenschaft zeigt, gibt es keine Grenzen.
Wenn Photonen Materieeigenschaften annehmen, sich strukturieren, Kristalle bilden und sogar fließen können, stellt sich die Frage, kann etwas anderes zu Licht werden? Und das ist nicht nur ein Wortspiel, Information als Licht. Einige Theoretiker, die im Rahmen des holographischen Prinzips arbeiten, gehen davon aus, dass alle Materie eine Projektion von Information sein könnte. Wenn dem so ist, dann ist Materie aufgezeichnetes Licht in Raum eingefrorene Energie. Körper, Metall, Holz, all das sind in diesem Fall einfach verschiedene Formen von organisiertem Licht.
Dies steht auch im Einklang mit der Quantentheorie. Alles was wir sehen ist das Ergebnis der Wechselwirkung von Feldern in denen Photonen als Vermittler fungieren. Wenn wir lernen, Felder neu zu verteilen, sind wir vielleicht in der Lage, nicht nur Licht in Materie umzuwandeln, sondern auch die gesamte Materie wieder in Licht. Gedanken als eingefrorene Strahlung. Das klingt vielleicht esoterisch, aber im Bereich der Neurophotonik werden bereits Experimente durchgeführt, bei denen das Gehirn selbst schwache Photonen, sogenannte Biophotonen, aussendet. Einige Wissenschaftler diskutieren ernsthaft, ob Gedanken nicht eine Form von organisiertem Licht innerhalb eines biologischen Systems sind.
Wenn sich bestätigt, dass Biophotonen an kognitiven Prozessen beteiligt sind, wäre dies nicht nur eine Revolution, sondern eine Wende hin zum Neurolicht, vielleicht sogar zum Informationslicht. Ein Träger nicht nur von Energie, sondern auch von sinnvollen Zeichen. Raum kann Licht sein. Eine der nicht trivialsten Hypothesen in der Quantengravitation besagt, dass Raum und Zeit nicht an sich existieren. Raum und Zeit existieren nicht an sich. sondern entstehen aus einem Netzwerk von Verbindungen, die aus Licht oder etwas sehr ähnlichem bestehen.
In Spinnet Netzwerkmodellen besteht der Raum aus geometrischen Cubits, die sich in Bezug auf Phase, Richtung und Frequenz genauso verbinden können wie Photonen in einem Laser. In diesem Sinne ist der Raum selbst ein geschlossenes Licht, das seine Form beibehält.
Und was ist mit dem Bewusstsein? Die Theorie derintegrierten Information geht davon aus, dass Bewusstsein entsteht, wenn sich Information zu einer geschlossenen Struktur mit einem bestimmten Grad an Komplexität ordnet. Und wenn diese Struktur, wie Experimente gezeigt haben, durch Photonenfelder ausgedrückt werden kann, dann stellt sich heraus, dass Bewusstsein eine Form von Licht ist.
Selbstbewusst Quantenmechanik, Holographieprinzip und sogar Neurobiologie. Sie alle laufen auf unerwartete Weise an einem Punkt zusammen. Die Trennung zwischen Licht und Materie, Geist und Energie ist nicht so absolut. Vielleicht haben wir einfach nicht gelernt, richtig hinzuschauen.
Was wäre, wenn das gesamte Universum eine riesige Ansammlung von organisiertem Licht wäre und wir seine temporären Strukturen, Knotenpunkte, Blitze in der Matrix der Photonenfelder? Dann lautet die Frage nicht mehr, was noch zu Licht werden kann, sondern was in dieser Realität überhaupt kein Licht ist.
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