Als John Spiesberger von der University of Pennsylvania sein Computerprogramm überprüfte, traute er seinen Augen nicht. Eigentlich wollte er damit Wale an der Ostküste der USA orten. Doch der Computer gab Werte aus, die falsch sein mussten. Stundenlang brütete er über dem Algorithmus und suchte nach dem Fehler. Doch er fand ihn nicht. Stattdessen, so stellten er und Eugene Terray von der Woods Hole Oceanographic Institution fest, waren sie auf ein bisher unbekanntes Wellenphänomen gestoßen: Falls sich Wale nahe an der Wasseroberfläche aufhalten, kann sich die Energie ihrer Schallwellen mit Überschallgeschwindigkeit ausbreiten. Das Prinzip lasse sich auch auf elektromagnetische Wellen übertragen und könnte somit überlichtschnelle Phänomene hervorrufen, berichten die beiden Ozeanografen in der Fachzeitschrift »Physical Review E«.

Mit Unterwassermikrofonen können Walgesänge bis zu 100 Kilometer weit detektiert werden, wodurch sich die Meeressäuger orten lassen. Dafür sind allerdings mitunter komplizierte Berechnungen nötig, denn die Schallwellen gelangen nicht immer direkt zum Empfänger. Manche Teile werden zum Beispiel an der Meeresoberfläche reflektiert und überlagern sich mit anderen Signalen. Dadurch treffen die Schallwellen teilweise phasenverschoben oder verzögert ein.

Spiesberger feilte an einem Computerprogramm, mit dem er die korrekte Schallgeschwindigkeit für seine Gleichungen zur Walortung modellieren wollte. Nur so könnte eine genaue Ortung gelingen. Dabei erlebte er jedoch eine Überraschung: »Zunächst erhielten wir einen Wert von etwa 1000 Metern pro Sekunde«, sagt er, was deutlich unter den rund 1500 Metern pro Sekunde liegt, mit denen sich Schall im Meerwasser ausbreitet. »Und dann, etwas später, erhielt ich Werte, die teilweise bei 3000 Metern pro Sekunde lagen. Ich dachte sofort, dass mein Programm einen Fehler enthielt.«

Der Wissenschaftler und sein Kollege Terray stellten allerdings fest, dass die Interferenz der Schallwellen deren Gruppengeschwindigkeit beschleunigen kann. Dabei handelt es sich um die Geschwindigkeit, mit der sich die Hüllkurve der überlagerten Wellen fortbewegt. Sie transportiert die Energie und kann sich somit schneller durch das Wasser bewegen, als es für Schallwellen selbst möglich ist. Da Lichtwellen denselben Gleichungen folgen, seien so auch überlichtschnelle optische Phänomene möglich. Solche wurden zwar in der Vergangenheit schon beobachtet, doch der nun festgestellte Effekt unterscheide sich von vorigen Beobachtungen, die etwa durch anomale Dispersion entstehen.

Dennoch verstoße die Entdeckung nicht gegen die spezielle Relativitätstheorie, betonen die beiden Forscher in ihrer Arbeit. Information lasse sich durch die überlichtschnelle Gruppengeschwindigkeit nämlich nicht übertragen. 

Die jetzigen Ergebnisse sind rein theoretischer Natur und wurden durch Computersimulationen überprüft. In Experimenten wurden sie hingegen noch nicht beobachtet. Spiesberger möchte diesen Effekt nun auch in der realen Welt nachweisen. Er arbeitet deshalb an einem experimentellen Aufbau mit Mikrofonen und will Schall von einem harten Boden reflektieren lassen, der die Meeresoberfläche simuliert. Gleiches lasse sich aber auch mit Lichtwellen testen, erklärt der Forscher. Jetzt bleibt abzuwarten, wo – und ob – sich der Effekt zeigen wird.