Lichtblicke in kleinste Zeitdimensionen

1. April 2004, 14:38
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Der österreichische Experimentalphysiker Ferenc Krausz im STANDARD-Interview über das Wesen der Zeit

Wien - Wie lange die Gegenwart dauert? So genau weiß das niemand, auch wenn man ihr immer näher kommt. In der Annahme, dass die Zeit irgendwann diskontinuierlich wird, und so wie Materie aus Quarks besteht, sich auch die Zeit aus einzelnen, aneinander gereihten, nicht mehr teilbaren Stücken von Gegenwart zusammensetzt, zerhacken Experimentalphysiker die Zeit in immer kleinere Teile.

Ein Augenzwinkern dauert im Vergleich zu diesen eine Ewigkeit. Erst wenn man den Millionstel Teil der Dauer eines Lidschlags in weitere 100 Millionen Momente unterteilt, erreicht man jene Zeitdimension, in die Wissenschafter bereits vorzudringen imstande sind: in die Attowelt, Zeiten, die zwischen 16 und 18 Stellen nach dem Komma existieren und sich zur Sekunde verhalten wie eine Minute zum Alter des Universums.

Der Erste, der in die Attowelt eingedrungen ist, ist der österreichische Physiker Ferenc Krausz: Niemand kommt der Gegenwart heute näher.

STANDARD: Und was bringt das?

Krausz: Unsere Kurzzeitspektroskopie kann man als Erweiterung der ultraschnellen Fotografie betrachten. So wie Sie für scharfe Momentaufnahmen von einem vorbeiflitzenden Formel-1-Rennwagen eine Kamera mit sehr kurzer Verschlusszeit brauchen, so brauchen Sie ultrakurze Laserpulse, um Vorgänge in der Mikrowelt festzuhalten. Mit Femtosekundenlasern kann man die Bewegung von Atomen in Molekülen festhalten und rekonstruieren. Wir wollen diese Technik von der molekularen auf die atomare Welt ausweiten, mit noch schnelleren Lichtblitzen die Bewegung von Elektronen innerhalb von Atomen aufnehmen. Um die Prozesse in diesen winzigen Dimensionen besser verstehen zu lernen. Dank den nun verfügbaren Attosekundenpulse ist dies möglich.

STANDARD: Was kommt dann?

Krausz: Zeptosekunden. Die Femtosekundenskala ist die natürliche Zeitskala für die Bewegung von Atomen in einem Molekül. Die Attosekundenskala für Bewegungen der Elektronen in einem Atom. Und die Zeptosekundenskala für Prozesse innerhalb des Atomkerns. Da hineinzuschauen wird total spannend. In je kleinere Raumdimensionen man vorstoßen will, in umso kleinere Zeitdimensionen muss man vordringen.

STANDARD: Fantasieren wir ein wenig und werden ganz klein: Stellen Sie sich vor, Sie blitzen sich in die Planck-Zeit hinunter, die mit zehn hoch minus 43 Sekunden Dauer das kleinste, unteilbare Zeitquantum darstellen soll. Theorien über das Universum basieren darauf. So sollen sich Raum und Zeit erst eine Planck-Zeit nach dem Urknall auszubreiten begonnen haben. Plötzlich stellen Sie fest, dass die Planck-Zeit doch noch teilbar ist. Haut das dann die ganze theoretische Physik über den Haufen?

Krausz: Dass man dann alles in Frage stellen muss, möchte ich nicht hoffen. Aber man hätte dann wahrscheinlich die Chance, neue physikalische Modelle zu untersuchen. Und zwar solche, die die beiden derzeit unvereinbaren Theorien zu vereinen suchen: die Theorie des sehr Großen, die Theorie des Weltalls und der Gravitation, und die Theorie des sehr Kleinen, die Quantenphysik. Viele Theoretiker arbeiten heute mit Hochdruck daran, diese beiden Theorien unter einen Hut zu bringen. Aber auch die vielversprechendsten Ansätze haben den großen Schönheitsfehler, dass sie sich derzeit experimentellen Überprüfungen entziehen, damit sehr hypothetisch bleiben. Ich glaube, dass man eines Tages in Zeitdimensionen vorstößt, mit denen auch solch fundamentale Ansätze überprüft werden können.

STANDARD: Zurück zur verhältnismäßigen Ewigkeit: Sie betraten als Erster die Attowelt. Begreifen Sie überhaupt, wie schnell es dort zugeht?

Krausz: Sehr schwer. Was mir am ehesten noch ein Gefühl dafür zu vermitteln scheint, ist folgendes Beispiel: Licht hat eine so hohe Geschwindigkeit, 300.000 Kilometer pro Sekunde, dass es innerhalb einer Sekunde zehnmal unsere Erde umkreisen kann. In einer Femtosekunde schafft das Licht jedoch gerade einmal einen Mikrometer, ein Tausendstel von einem Millimeter. Und in einer Attosekunde eben noch viel weniger.

STANDARD: Wie erklären Sie Ihre Forschungen Ihren Kindern?

Krausz: In meiner Familie gibt es eine inhärente Abneigung gegen mein Fach, zumindest unter meinen Kindern. Zum Beispiel meine ältere Tochter, die jetzt in die vierte Klasse Gymnasium geht: Noch bevor sie überhaupt das erste Physiklehrbuch in ihrer Hand gehalten und durchgeblättert hat, hat sie gewusst, Physik ist nichts für sie. Am ehesten kann ich meine Arbeit damit erklären, dass ich einfach sage, ich beschäftige mich mit Lasern. Darunter können sie sich natürlich etwas vorstellen. Und dass das spezielle Laser sind, die irgendwie ganz kurze Lichtblitze aussenden, geht irgendwie auch noch.

STANDARD: Bringt Ihre Arbeit auch der Allgemeinheit etwas?

Krausz: Natürlich. Ein Beispiel ist die Zusammenarbeit mit Kollegen vom Institut für medizinische Physik an der Uni Wien, die unsere Kurzpulslaser zu tomografischen Aufnahmen des Auges einsetzen. Ein weiteres ist die Bearbeitung von Material mit höchster Präzision. Und ein faszinierendes Anwendungsgebiet zeichnet sich in der Zahnheilkunde ab. Da diese Lichtpulse so blitzartig für so kurze Zeit einwirken, können sie Material ganz anderes abtragen, als herkömmliche Laser: Durch die kurze Wirkung bleibt für die Materie keine Zeit, die an der beleuchteten Stelle zugeführte Energie weiterzuleiten. Noch bevor ein Energietransport erfolgen, bevor sich Wärme ausbreiten könnte, ist das Material bereits abgetragen, fliegt weg, nimmt die ganze Energie mit. Umliegende Materie bleibt kalt. Und wenn keine Wärme zum Zahnnerv dringt, tut es auch nicht weh.

STANDARD: Und was denken Sie über die Sommerzeit, schmerzt diese einen Zeitforscher?

Krausz: Das Tageslicht länger zu genießen ist sehr angenehm. Umso größer ist für mich der Schock im Herbst, wenn die Uhren wieder zurückgestellt werden. Das hebt sich gegenseitig auf. Wenn man mit der Zeitumstellung, die ja mit dem eigentlichen Wesen der Zeit nichts zu tun hat, wirklich Energie sparen kann, dann gerne. Ich habe aber Gegenteiliges gehört. (DER STANDARD, Print-Ausgabe, 27./28. 3. 2004)

ZUR PERSON:
Ferenc Krausz, 1962 in Mòr, Ungarn, geboren, ist Professor am Institut für Photonik der Technischen Uni Wien, Direktor am Max Planck-Institut für Quantenoptik bei München, übernimmt heuer eine Professur an der TU München. Zahlreiche Publikationen in Topmagazinen (Nature, Science, Physical Revue Letters). Verheiratet, zwei Kinder (11, 15).

Das Interview führte Andreas Feiertag.
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