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Astronomie|Physik Technik|Digitales

Déjà vu: Zerfallene Lichtwelle baut sich wieder auf

Physikern der Freien Universität Brüssel ist es gelungen, an Lichtwellen in einem Glasfaserkabel ein Phänomen zu erzeugen, das der italienische Physiker Enrico Fermi bereits 1953 in einer Computersimulation vorhergesagt hatte: Eine in viele kleine Wellenpakete zerfallene Lichtwelle kehrt in ihren ursprünglichen ungestörten Zustand zurück. Das berichtet das Fachmagazin Nature.

Gemeinsam mit den Mathematikern John Pasta und Stanislaw Ulam hatte Fermi damals Schwingungen eines Seils simuliert. Jedes schwingfähige Objekt kann unendlich viele Schwingungsformen annehmen. Die einfachste Schwingungsform eines an seinen beiden Endpunkten befestigten Seils ist eine einfache Sinusschwingung: Außer den beiden Endpunkten ist bei der Sinusschwingung auch die Mitte des Seils in Ruhe, davor und dahinter befinden sich wechselseitig je ein Wellenberg und ein Wellental.

In der Computersimulation bestand das Seil aus 64 Teilchen, die von nichtlinearen Kräften zusammengehalten wurden. Erwartet hatten Fermi und seine Kollegen, dass dieses System sich mit der Zeit „thermalisieren“ würde: Eine einfache Grundschwingung sollte nach und nach ihre Energie an alle möglichen anderen Schwingungsformen abgeben. Das Seil sollte sich also nach einer gewissen Zeit in einem chaotischen Überlagerungszustand aus allen möglichen Schwingungsformen befinden.

Zunächst geschah das auch. Doch nach relativ kurzer Zeit kehrte das Seil in dieser Computersimulation in seinen anfänglichen einfachen Schwingungszustand zurück. Das ist ähnlich überraschend wie wenn sich die Wärmeenergie bei einem an einem Ende erhitzten Eisenstück zunächst gleichmäßig über das gesamte Eisen verteilen würde, dann aber zum ursprünglich erhitzten Ende zurückkehren und den Rest des Eisens wiederabgekühlt hinterlassen würde.

In den sechziger Jahren war dann auch theoretisch berechnet worden, dass das in Fermis vereinfachter Computersimulation aufgetauchte „Wiederkehrphänomen“ tatsächlich existieren sollte. Dem belgischen Physiker G. Van Simaeys ist es zusammen mit seinen Kollegen jetzt erstmals gelungen, das Wiederkehrphänomen experimentell an einem optischen System nachzuweisen.

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