Metamaterialien sollen wahre Wunder vollbringen. Dank ihrer Fähigkeit, Licht auf Bahnen zu lenken, die in natürlichen Stoffen unmöglich sind – etwa um ein Objekt herum –, sollen sie einmal Tarnkappen ermöglichen oder Mikroskopen die perfekte Schärfe liefern. Was nun jedoch zwei US-amerikanische Physiker behaupten, klingt noch fantastischer: Sie hätten in einem Metamaterial den Fluss der Zeit modelliert und den Urknall nachgeahmt. Mit Hilfe der Theorie, die sie für ihren Stoff aufstellten, untersuchten Igor Smolyaniov und Yu-Ju Hung von der University of Maryland in College Park darüber hinaus, ob Zeitreisen möglich sind.
Vorschnelle Hoffnungen zerstören die beiden Physiker jedoch gleich im Ansatz: Ihr Experiment ändere nicht wirklich den Fluss der Zeit, denn ihre Behauptungen beruhen auf einer rein formalen Analogie. Sie verwendeten ein Metamaterial, das so genannte Plasmonen auf eine bestimmte Weise auf seiner Oberfläche leitet. Plasmonen sind kollektive Schwingungen von Elektronen, die sich wie Licht wellenförmig ausbreiten. Die Gleichung, welche die Ausbreitung dieser Schwingungen auf dem Metamaterial beschreibt, entspricht exakt einer relativistischen Gleichung, welche die Bewegung von Partikeln in der so genannten Raumzeit darstellt. Die Raumzeit ist ein Koordinatensystem, in dem die Zeit eine der Achsen bildet. Somit stellt auch eine der Achsen des Metamaterials rein formal die Zeit dar.
Big-Bang-Simulation im Metamaterial | Aufnahme von Plasmonenstrahlen in einem Metamaterial, die sich fächerartig voneinander entfernen, wodurch die Expansion des Universums modelliert wird. Die halb transparenten Dreiecke blenden an den Rändern gestreute Strahlen aus.
In ihrem Versuch beleuchteten die Forscher das Metamaterial mit einem Laserstrahl, worauf sich dort ein fächerähnliches Muster von Plasmonenstrahlen einstellte, die sich entlang der "Zeitrichtung" voneinander entfernten. Den Ursprung des Fächers interpretierten die Forscher als einen "Spielzeugurknall" (Toy Big Bang) und die Auffächerung selbst als expandierendes Universum.
Es sei auch ein ähnliches zylinderförmiges Metamaterial denkbar, bei dem die "Zeitachse" ringförmig sei, schreiben die Wissenschaftler weiter. Sie stellten sich die Frage, ob ein Plasmonenstrahl, der an dieser Achse entlanglaufe, an seinen Ausgangspunkt zurückkehren könnte – also an einen Punkt seiner eigenen Vergangenheit, was für die Möglichkeit von Zeitreisen spräche. Eine mathematische Analyse zeigte jedoch, dass Plasmonenstrahlen nicht exakt auf dieser Kreisbahn bleiben und somit ihre eigene Vergangenheit knapp verfehlen würden. Zumindest im Zeitsimulator eines Metamaterials sind Zeitreisen demnach unmöglich. (cm)
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