Hinter das Licht führen
Startseite
Newsroom
Artikel
Physikalische Hintergründe zum Film „Tracing Light“
Startseite
Newsroom
Artikel
Physikalische Hintergründe zum Film „Tracing Light“
Startseite
Newsroom
Artikel
Physikalische Hintergründe zum Film „Tracing Light“•
Startseite
•
Newsroom
•
Artikel
•
Physikalische Hintergründe zum Film „Tracing Light“Hinter das Licht führenWissenschaftliche Hintergründe aus dem Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts zum Film „Tracing Light“
29. Januar 2025
Quantenphysik29. Januar 2025
QuantenphysikLicht aus – Film ab. Nicht so bei dem Dokumentarfilm „Tracing Light – die Magie des Lichts“, den der Filmemacher Thomas Riedelsheimer unter anderem am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts gedreht hat. Hier schlüpft Licht in die Hauptrolle. Über zwei Jahre sammelte der Regisseur Beobachtungen und Eindrücke, wie sich Wissenschaft und Kunst mit Licht befassen. Entstanden ist ein Film, der Licht in vielen seiner Facetten präsentiert. Wir erläutern Hintergründe zu einigen der gezeigten Phänomene. Kickerspiel mit Laserlicht am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts. Kickerspiel mit Laserlicht am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts. Kickerspiel mit Laserlicht am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts. Unsichtbare LichtstrahlenWie sich eine Lichtwelle im Raum ausbreitet, kann man nicht direkt sehen. Erst wenn ein Photon mit den Sehzellen des Auges wechselwirkt, macht es sich für den Menschen bemerkbar. Eine Erfahrung, die das Künstlerduo Brunner/Ritz beim gemeinsamen Laserkicker-Spiel im großzügigen Atrium des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts auch machte. An die Stelle des Fußballs, den kleine Fußballer beim herkömmlichen Kicker über das Spielfeld schießen, tritt hier ein Laserstrahl. Dieser wird über kleine Spiegel weitergeleitet. Sobald er ins Tor fällt, löst er ein akustisches Signal aus. Mit dem Auge lässt sich dies nicht nachverfolgen, da Licht sich als elektromagnetische Welle mit einer Geschwindigkeit von rund 300.000 Kilometern pro Sekunde ausbreitet. Zum anderen ist ein gebündelter Laserstrahl ebenso wie der Strahl einer Taschenlampe per se nicht sichtbar, wenn sie nicht gerade in unsere Augen leuchten. Sichtbar wird ein Laserstrahl auf dem Laserkicker nur dort, wo er das Spielfeld streift oder vom Staub in der Luft ins Auge der Beobachterinnen und Beobachter gestreut wird oder wo Spiegel diese feine Leuchtspur in unsere Augen reflektieren. Licht in ungeordneter und konzertierter FormLaserlicht ist eins der wichtigsten Werkzeuge für die Wissenschaft am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, um die Grundlagen von Licht und seinen Wechselwirkungen mit der Materie zu erforschen.Michael Frosz, Leiter der Technologieentwicklungs- und Serviceeinheit Faserherstellung und Glasstudio am Erlanger Max-Planck-Institut, bemüht einen Chor als Vergleich, um den Unterschied zwischen Sonnenlicht und Laserlicht zu veranschaulichen: „Das Sonnenlicht ist wie eine große Party von Menschen, auf der alle gleichzeitig reden, doch jeder spricht etwas anderes.“ Ein Laser sei dagegen eher wie ein Chor, bei dem die Sängerinnen und Sänger angeregt werden, zum selben Zeitpunkt den gleichen Ton zu singen, der dadurch mächtig anschwelle.Frosz‘ Team stellt neuartige Spezialfasern her, zum Beispiel photonische Kristallfasern. Diese speziellen Glasfasern, die feine und extrem präzise gefertigte Mikrostrukturen aufweisen, leiten Licht nicht nur, sondern interagieren mit ihm und verändern dabei seine Eigenschaften. Damit erweitern die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum einen das Verständnis von Licht und seinen Wechselwirkungen mit Materie. Zum anderen haben ihre Erkenntnisse das Potenzial, die industrielle Entwicklung von Lasern, der Kommunikationstechnologie, der Sensorik und der Medizintechnik vorantreiben.Speicher für flüchtige elektromagnetische Wellen„Lichtwellen sind überall im Raum gleichzeitig, man kann sie nicht festhalten“, erläutert Pascal Del’Haye, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, das Verhalten der elektromagnetischen Welle Licht. Denn eine Lichtwelle und allgemein eine Wellenfunktion in der Quantenmechanik hat keinen definierbaren Ort. Ähnlich wie bei einer Wasserwelle kann man nicht danach fragen, wo sich eine Lichtwelle befindet . Dabei stellt er sich mit seiner Forschungsgruppe Mikrophotonik genau der Herausforderung Licht festzuhalten. Das Ziel der „Integrierten Photonik“ ist es, Schaltkreise für Licht auf Computerchips zu bringen. Zu dem Zweck müssen die Forschenden Licht auch speichern. Das gelingt ihnen mit Ringresonatoren, in die sie Licht über Wellenleiter schicken oder einkoppeln, wie es im Fachjargon heißt. Das Material und die Größe eines Resonators sind dabei so gewählt, dass er Licht einer Farbe besonders gut leitet.Optischer Tisch im Labor der Forschungsgruppe Mikrophotonik von Pascal Del’Haye. Optischer Tisch im Labor der Forschungsgruppe Mikrophotonik von Pascal Del’Haye. Optischer Tisch im Labor der Forschungsgruppe Mikrophotonik von Pascal Del’Haye. Sie wirken wie Lichtfallen: Licht absolviert in den Ringresonatoren mehrere Millionen Umläufe und wird temporär gespeichert. Dabei zirkulieren Lichtleistungen von bis zu einem Megawatt im Resonator – die gespeicherte Energie würde ausreichen würde, um zehn Fußballstadien zumindest für einige Mikrosekunden zu erleuchten. Die grundlegenden Erkenntnisse, die die Forschenden mit ihren Experimenten an den Resonatoren und photonischen Schaltkreisen gewinnen, sollen den Weg zu neuen Anwendungen für optische Sensoren, Quantentechnologien und optische Informationsverarbeitung eröffnen. So könnten photonische Chips die heutigen elektronischen Computerchips künftig ergänzen oder sogar ablösen und Computer noch einmal deutlich schneller machen.Licht, Raum und Zeit stehen miteinander in Zusammenhang. „Durch die Ausbreitung von Licht, verstehen wir erst den Raum und die Zeit“, so der Physiker. Die Relativitätstheorie besagt zudem, dass die Gravitation und die Bewegungsgeschwindigkeit die Zeit beeinflussen und unterschiedlich schnell vergehen lassen. Diese Zeitunterschiede kann das Team von Pascal Del’Haye mit optischen Uhrwerken, die sein Team mit Hilfe von Ringresonatoren herstellt, sehr präzise zu messen. Mit den genausten optischen Uhren sind bereits Höhenunterschiede von einem Zentimeter in Bezug zur Erdoberfläche detektierbar, denn auch solche kleinen Höhenunterschiede machen sich bereits in einem unterschiedlich starken Gravitationsfeld der Erde bemerkbar.Die Experimentalphysikerin Birgit Stiller, ebenfalls Forschungsgruppenleiterin am Erlanger Max-Planck-Institut, ist auf unterschiedlichen Wellen unterwegs, nicht nur auf denen des Lichts, sondern auch auf denen des Schalls. Und gerade die Unterschiede zwischen beiden Wellenarten in Bezug auf Frequenz, Geschwindigkeit oder Verlustleistung macht sich das Team zunutze. Lichtwellen sind beispielsweise 100.000 mal schneller als Schallwellen und benötigen, im Gegensatz zum Schall keine Materie, um sich im Raum auszubreiten. Stillers Team erzeugt Schallwellen, konkret Hyperschallwellen, durch Licht und verändert Lichtwellen durch die Interaktion mit Schall. Auf diese Weise kontrollieren die Forschenden optische Signale ohne elektrische Steuerung und speichern Informationen quasi zwischen. Ihre Grundlagenforschung in der Quantensignalmanipulation und optischen neuronalen Netzen liefert völlig neue Ansätze für Anwendungen im Bereich der sicheren Quantenkommunikation beziehungsweise für energieeffiziente Architekturen künstlicher Intelligenz.Licht erscheint mal als Welle, mal als TeilchenDie Erlanger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler decken ein breites Forschungsspektrum zur Physik des Lichts ab. Ihre Forschungsarbeit basiert in vielen Fällen auf dem eigentümlichen Charakteristikum von Licht, dass es mal als Welle, mal als Teilchen erscheint – in der Quantenphysik als Welle-Teilchen-Dualismus bekannt. Einerseits scheint sich Licht an einem makroskopischen Doppelspalt wie eine Menge von Teilchen zu verhalten, die die Spalten passieren und ein entsprechendes Schattenmuster auf einen Detektor werfen. Wobei sich der Teilchencharakter bei genauerer Betrachtung als ein Effekt erweist, der sich aus den Eigenheiten von Messungen an Quantensystemen ergibt
.forEach {
if link.classList.add
})
document
.querySelectorAll
.forEach {
if link.classList.add
})
Kontakt
Edda Fischer
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
+49 9131 7133-805
edda.fischer@mpl.
Wissenschaftsmagazin
Veranstaltungen
Portal für Schulen
Bilder aus der Wissenschaft
Orte der Forschung
Infografiken
Podcast-Serien
Presse-Newsletter
/*-=deferred=-*/
document
.querySelectorAll
.forEach {
if link.classList.add
})
document
.querySelectorAll
.forEach {
if link.classList.add
})
Wissenschaftsmagazin
Veranstaltungen
Portal für Schulen
Bilder aus der Wissenschaft
Orte der Forschung
Infografiken
Podcast-Serien
Presse-Newsletter
/*-=deferred=-*/
document
.querySelectorAll
.forEach {
if link.classList.add
})
document
.querySelectorAll
.forEach {
if link.classList.add
})Wissenschaftsmagazin
Veranstaltungen
Portal für Schulen
Bilder aus der Wissenschaft
Orte der Forschung
Infografiken
Podcast-Serien
Presse-Newsletter• Wissenschaftsmagazin
• Veranstaltungen
• Portal für Schulen
• Bilder aus der Wissenschaft
• Orte der Forschung
• Infografiken
• Podcast-Serien
• Presse-Newsletter
Kontakt
Edda Fischer
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
+49 9131 7133-805
edda.fischer@mpl.Kontakt
Edda Fischer
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
+49 9131 7133-805
edda.fischer@mpl.
Edda Fischer
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
+49 9131 7133-805
edda.fischer@mpl.Edda Fischer
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen
+49 9131 7133-805
edda.fischer@mpl.Edda Fischer