Günter Nimtz - Günter Nimtz
Günter Nimtz | |
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 Nimtz mostrando elementos de seu experimento com prisma duplo nos laboratórios da Universidade de Koblenz.
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| Nascer | 22 de setembro de 1936 |
| Nacionalidade | alemão |
| Alma mater | Universidade de viena |
| Carreira científica | |
| Campos | Física |
| Instituições | Universidade de Colônia |
Günter Nimtz (nascido em 22 de setembro de 1936) é um físico alemão que trabalha no 2º Instituto de Física da Universidade de Colônia, na Alemanha. Ele investigou semicondutores de gap estreito e cristais líquidos e participou de vários estudos interdisciplinares sobre o efeito da radiação eletromagnética não ionizante em sistemas biológicos. Sua reputação internacional resulta principalmente de experimentos que ele afirma mostrar que as partículas podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz ( c ) quando passam por tunelamento quântico .
Carreira acadêmica
Günter Nimtz estudou Engenharia Elétrica em Mannheim e Física na Universidade de Heidelberg. Ele se formou na Universidade de Viena e se tornou professor de física na Universidade de Colônia em 1983. Durante 1977, ele foi um pesquisador associado para ensino e pesquisa na Universidade McGill, Montreal / Canadá. Ele alcançou o status de emérito em 2001. Em 2004, foi professor visitante na Universidade de Xangai e na Universidade de Correios e Telecomunicações de Pequim . De 2001 a 2008, ele lecionou e fez pesquisa fundamental na Universidade de Koblenz-Landau .
Pesquisa e desenvolvimento industrial
Em 1993, Günter Nimtz e Achim Enders inventaram um novo absorvedor para câmaras anecóicas eletromagnéticas . É baseado em um filme de metal de 10 nanômetros de espessura colocado em um portador piramidal incombustível (Patente dos Estados Unidos: 5.710.564 e outros países). Na E. Merck Company / Darmstadt Nimtz projetou um aparelho para a produção de aerossóis de cerâmica (patenteado e aplicado, 1992).
Nimtz e seus co-autores têm investigado o tunelamento quântico superliminal desde 1992. Seu experimento envolveu microondas enviadas através de dois prismas separados no espaço ou através de guias de ondas filtradas por frequência. No último caso, ou um guia de ondas subdimensionado adicional ou uma estrutura de grade refletiva foram usados. Em 1994, Nimtz e Horst Aichmann realizaram um experimento de tunelamento nos laboratórios da Hewlett-Packard após o qual Nimtz afirmou que a onda portadora modulada em frequência (FM) transportava um sinal 4,7 vezes mais rápido que a luz devido ao efeito do tunelamento quântico . Recentemente, este experimento foi reproduzido com sucesso por Peter Elsen e Simon Tebeck e representado no "Jugend forscht" o concurso de alunos alemães em Física 2019. Eles ganharam o primeiro prêmio de Rheinland-Pfalz e o Prêmio Heraeus da Alemanha.
Alfons Stahlhofen e Nimtz em um artigo de 2006 descreveram um experimento que enviou um feixe de microondas em direção a um par de prismas. O ângulo proporcionou reflexão interna total e criação de uma onda evanescente . Como o segundo prisma estava próximo ao primeiro, um pouco de luz vazou por essa lacuna. As ondas transmitidas e refletidas chegaram aos detectores ao mesmo tempo, apesar da luz transmitida também ter percorrido a distância da lacuna. Essa é a base para a afirmação de uma transmissão de informações mais rápida do que c.
Nimtz e seus colegas afirmaram que o tempo medido de tunelamento é gasto na frente da barreira, enquanto dentro da barreira o tempo zero é gasto. Este resultado foi observado em várias barreiras de túneis e em vários campos. O tunelamento de tempo zero já foi calculado por vários teóricos.
Oponentes científicos e suas interpretações
Chris Lee afirmou que não há nenhuma nova física envolvida aqui, e que a aparente transmissão mais rápido que c pode ser explicada considerando cuidadosamente como o tempo de chegada é medido (seja a velocidade do grupo ou alguma outra medida). Artigos recentes de Herbert Winful apontam erros na interpretação de Nimtz. Esses artigos propõem que Nimtz forneceu uma confirmação experimental bastante trivial para a Relatividade Geral. Winful diz que não há nada especificamente quântico-mecânico sobre o experimento de Nimtz, que na verdade os resultados concordam com as previsões do eletromagnetismo clássico ( equações de Maxwell ), e que em um de seus artigos sobre tunelamento através de guias de ondas subdimensionados, o próprio Nimtz escreveu "Portanto, microondas tunelamento, ou seja, a propagação de modos evanescentes guiados, pode ser descrito com um grau extremamente alto de precisão por uma teoria baseada nas equações de Maxwell e na abordagem de tempo de fase. " (Em outro lugar, Nimtz argumentou que, uma vez que os modos evanescentes têm um número de onda imaginário, eles representam uma "analogia matemática" para o tunelamento quântico , e que "os modos evanescentes não são totalmente descritíveis pelas equações de Maxwell e a mecânica quântica deve ser levada em consideração." Uma vez que as leis de Maxwell respeitam a relatividade especial, Winful argumenta que um experimento que pode ser descrito usando essas leis não pode envolver uma violação de causalidade relativística (o que estaria implícito na transmissão de informações mais rápido que a luz). Ele também argumenta que "Nada foi observado viajando mais rápido do que luz. O atraso medido é o tempo de vida da energia armazenada que vaza de ambos os lados da barreira. A igualdade dos atrasos de transmissão e reflexão é o que se espera para a energia que vaza de ambos os lados de uma barreira simétrica. "
Aephraim M. Steinberg, da Universidade de Toronto , também afirmou que Nimtz não demonstrou violação de causalidade (o que seria implícito ao transmitir informações mais rápido que a luz). Steinberg também usa um argumento clássico. Em um artigo da New Scientist , ele usa a analogia de um trem viajando de Chicago a Nova York, mas deixando vagões em cada estação ao longo do caminho, de modo que o centro do trem avance a cada parada; desta forma, a velocidade do centro do trem excede a velocidade de qualquer um dos carros individuais. Herbert Winful argumenta que a analogia do trem é uma variante do "argumento da remodelagem" para velocidades de tunelamento superluminal, mas ele prossegue dizendo que este argumento não é realmente apoiado por experimentos ou simulações, que na verdade mostram que o pulso transmitido tem o mesmo comprimento e forma como o pulso incidente. Em vez disso, Winful argumenta que o atraso do grupo no tunelamento não é realmente o tempo de trânsito para o pulso (cujo comprimento espacial deve ser maior do que o comprimento da barreira para que seu espectro seja estreito o suficiente para permitir o tunelamento), mas sim o tempo de vida de a energia armazenada em uma onda estacionária que se forma dentro da barreira. Uma vez que a energia armazenada na barreira é menor do que a energia armazenada em uma região sem barreira de mesmo comprimento devido à interferência destrutiva, o atraso do grupo para a energia escapar da região da barreira é menor do que seria no espaço livre, o que de acordo com Winful é a explicação para o tunelamento aparentemente superluminal. Isso se torna um erro óbvio em uma configuração do guia de onda estacionária em frequências abaixo da frequência de corte.
Além dessas interpretações estranhas, outros autores publicaram artigos argumentando que o tunelamento quântico não viola a noção relativística de causalidade e que os experimentos de Nimtz (que são considerados de natureza puramente clássica) também não a violam. Algumas interpretações teóricas de oposição foram publicadas.
Interpretação de Nimtz
Nimtz e outros argumentam que uma análise da forma do sinal e do espectro de frequência evidenciou que a velocidade do sinal superluminal foi medida e que o tunelamento é a única violação observada da relatividade especial. No entanto - em contradição com seus oponentes - eles explicitamente apontam que isso não leva a uma violação da causalidade primitiva: Devido à extensão temporal de qualquer tipo de sinal, é impossível transportar informações ao passado. Afinal, eles afirmam que o tunelamento pode geralmente ser explicado com fótons virtuais , as partículas estranhas introduzidas por Richard Feynman e mostradas para modos evanescentes por Ali e por Cargnilia e Mandel. Nesse sentido, é comum calcular o número de onda de tunelamento imaginário com as equações de Helmholtz e de Schrödinger, como fez Günter Nimtz e Herbert Winful. No entanto, Nimtz destaca que, eventualmente, o tempo final de tunelamento sempre foi obtido pela abordagem de tempo de fase de Wigner. In e Günter Nimtz descreve que tais modos evanescentes só existem na região de energia classicamente proibida. Como consequência, eles não podem ser explicados pela física clássica nem pelos postulados da relatividade especial : Uma energia negativa dos modos evanescentes segue do número de onda imaginário, isto é, do índice de refração imaginário de acordo com a relação de Maxwell para campos eletromagnéticos e elásticos. Em sua última publicação, Günter Nimtz novamente aponta explicitamente que o tunelamento de fato confronta a relatividade especial e que qualquer outra afirmação deve ser considerada incorreta.
Experimentos relacionados
Posteriormente, foi afirmado pelo grupo Keller na Suíça que o tunelamento de partículas realmente ocorre em tempo real zero. Seus testes envolveram o tunelamento de elétrons, onde o grupo argumentou que uma previsão relativística para o tempo de tunelamento deveria ser de 500-600 attossegundos (um attossegundo é um quintilionésimo de segundo). Tudo o que pôde ser medido foram 24 attossegundos, que é o limite da precisão do teste. Novamente, porém, outros físicos acreditam que os experimentos de tunelamento nos quais as partículas parecem passar tempos anormalmente curtos dentro da barreira são de fato totalmente compatíveis com a relatividade, embora haja desacordo sobre se a explicação envolve a remodelagem do pacote de ondas ou outros efeitos.
Conclusões temporais e pesquisas futuras
A interpretação de Nimtz é baseada na seguinte teoria: A expressão no propagador de fótons de Feynman significa que um fóton tem a maior probabilidade de viajar exatamente na velocidade da luz , mas tem probabilidade de não desaparecer de violar as leis da relatividade especial, como um “ fóton virtual ”, em escalas curtas de tempo e comprimento. Embora seja impossível transportar informações em escalas de tempo cosmologicamente relevantes usando tunelamento (a probabilidade de tunelamento é simplesmente muito pequena se a região classicamente proibida for muito grande), em escalas de tempo e comprimento curtas, os fótons de tunelamento podem se propagar mais rápido que a luz , tendo em vista a sua propriedade como partículas virtuais. A probabilidade de propagação do fóton não diminui, mesmo que a frequência angular ômega do fóton não seja igual ao produto da velocidade da luz ce do momento da onda p . Nimtz escreveu com mais detalhes sobre os sinais e a interpretação descrita dos experimentos de tunelamento FTL.
Embora seus resultados experimentais tenham sido bem documentados desde o início dos anos 1990, a interpretação de Günter Nimtz das implicações desses resultados representa um tópico altamente debatido, que vários pesquisadores consideram incorreto (veja acima, #Oponentes científicos e suas interpretações ). Alguns estudos de oposição sobre tunelamento de tempo zero foram publicados. As descrições comuns de sinais de tunelamento FTL apresentadas na maioria dos livros e artigos são corrigidas em conclusões finais de acordo com Brillouin e outros físicos importantes.
Trabalhos selecionados
- AA Stahlhofen, G. Nimtz, modos evanescent are virtual photons , Europhysics Letters, Vol. 76, pp. 189–195 (2006)
- G. Nimtz, Do Evanescent Modes violate Relativistic Causality? Lecture Notes in Physics, Vol. 702, pp. 509-534, (2006)