Seit Albert Einstein im Jahr 1905 seine spezielle Relativitätstheorie veröffentlicht hat, gilt die Lichtgeschwindigkeit als unüberwindbare Grenzgeschwindigkeit für jede Art von Materie im Universum. Doch nun hat ein internationales Team um den Physiker Ido Kaminer vom Technion in Israel offenbar eine Ausnahme zu dieser unumstößlich erscheinenden Regel gefunden: Das Einzige, was sich schneller bewegen kann als das Licht, ist die Dunkelheit.

Genauer gesagt handelt es sich bei den überlichtschnellen Objekten um einzelne dunkle Flecken, die als optische Wirbel bekannt sind. Während sich eine Lichtwelle im Raum ausbreitet, schwingt sie und verdreht sich – im Zentrum dieser Verdrehung heben sich die Wellenberge und -täler der Lichtwelle gegenseitig auf und erzeugen dunkle Flecken, die unter bestimmten Bedingungen die Lichtwelle selbst überholen können. Die Entdeckung bestätigt eine Vorhersage aus den 1970er-Jahren.

»Unsere Entdeckung enthüllt universelle Naturgesetze, die allen Arten von Wellen gemeinsam sind: von Schallwellen und Flüssigkeitsströmungen bis hin zu komplexen Systemen wie Supraleitern«, sagte Kaminer in einer Presserklärung. Hierzu kann man sich einen Strudel in einem Fluss vorstellen, der die Strömung des Wassers überholt. 

Das Team um Kaminer entwickelte dafür ein einzigartiges Mikroskopsystem, mit dem sich optische Wirbel in einem bestimmten Material beobachten lassen: hexagonales Bornitrid. Diese zweidimensionale Keramikform kann dazu verwendet werden, Licht mit Materie zu koppeln und sogenannte Polaritonen zu bilden. Polaritonen sind relativ träge, sie sind etwa 100-mal langsamer als das Licht. Das Team konnte beobachten, wie sich in diesem Aufbau entgegengesetzt geladene optische Wirbel näherten und sich schließlich schneller als die Polaritonen bewegten, bevor sie sich vernichteten. Damit sind überlichtschnelle Bewegungen von optischen Wirbeln möglich.

Entscheidend hierbei ist, dass die optischen Wirbel keine Masse, Energie oder Informationen transportieren – und somit laut Fachleuten nicht gegen Einsteins spezielle Relativitätstheorie verstoßen. »Sie können sich überlichtschnell ›bewegen‹, ohne die Kausalität zu verletzen«, schreiben die Physiker in ihrer beim Fachjournal »Nature« veröffentlichten Studie. 

Die Technik, mit der sie die Geschwindigkeit der dunklen Punkte gemessen haben, könnte den Weg für die Untersuchung anderer naturwissenschaftlicher Phänomene ebnen. »Wir glauben, dass diese innovativen Mikroskopietechniken die Erforschung verborgener Prozesse in Physik, Chemie und Biologie ermöglichen und offenbaren, wie sich die Natur in ihren schnellsten und schwer fassbaren Momenten verhält«, sagt Kaminer.