Jump to content

Гюнтер Нимц

Гюнтер Нимц
Нимц демонстрирует элементы своего эксперимента с двойной призмой в лабораториях Университета Кобленца.
Рожденный ( 1936-09-22 ) 22 сентября 1936 г. (87 лет)
Национальность немецкий
Альма-матер Венский университет
Научная карьера
Поля Физика
Учреждения Кёльнский университет

Гюнтер Нимц (родился 22 сентября 1936 г.) — немецкий физик, работающий во 2-м физическом институте Кельнского университета в Германии. Он исследовал узкозонные полупроводники и жидкие кристаллы. Его утверждения показывают, что частицы могут двигаться быстрее скорости света, подвергаясь квантовому туннелированию .

Академическая карьера

[ редактировать ]

Гюнтер Нимц изучал электротехнику в Мангейме и физику в Гейдельбергском университете. Он окончил Венский университет и в 1983 году стал профессором физики Кёльнского университета. В 1977 году он работал научным сотрудником по преподаванию и исследованиям в Университете Макгилла, Монреаль/Канада. В 2001 году он получил почетный статус. В 2004 году он был приглашенным профессором в Шанхайском университете и Пекинском университете почты и телекоммуникаций . С 2001 по 2008 год преподавал и проводил фундаментальные исследования в Университете Кобленц-Ландау .

Промышленные исследования и разработки

[ редактировать ]
Безэховая электромагнитная камера с новыми пирамидальными поглотителями из нанометаллической пленки на стенках. Porsche проходит проверку на электромагнитную совместимость.

В 1993 году Гюнтер Нимц и Ахим Эндерс изобрели новый поглотитель для электромагнитных безэховых камер . В его основе лежит металлическая пленка толщиной 10 нанометров, помещенная на негорючую пирамидальную основу. [ 1 ] В компании Merck в Дармштадте Нимц сконструировал аппарат для производства керамических аэрозолей. [ 2 ]

[ редактировать ]

Нимц и его соавторы исследуют сверхпороговое квантовое туннелирование с 1992 года. [ 3 ] [ 4 ] В их эксперименте микроволны передавались либо через две разделенные пространством призмы, либо через волноводы с частотной фильтрацией. В последнем случае использовался либо дополнительный волновод уменьшенного размера, либо конструкция отражательной решетки. В 1994 году Нимц и Хорст Айхманн [ 5 ] провел эксперимент по туннелированию в лабораториях Hewlett-Packard, после чего Нимц заявил [ 5 ] что частотно-модулированная (FM) несущая волна переносит сигнал в 4,7 раза быстрее, чем свет, из-за эффекта квантового туннелирования . Недавно этот эксперимент был успешно воспроизведен Питером Эльсеном и Саймоном Тебеком и представлен на конкурсе немецких школьников по физике «Jugend forscht» 2019. [ 6 ] Они выиграли первую премию Рейнланд-Пфальца и премию Гереуса в Германии.

Схема эксперимента с двойной призмой Нимца и Штальхофена. Фотоны можно обнаружить за правой призмой до тех пор, пока расстояние не превысит примерно одного метра. Длина волны составляла 33 мм.

Альфонс Штальхофен и Нимц [ 7 ] описал эксперимент, в ходе которого луч микроволн направлялся к паре призм. Угол обеспечивал полное внутреннее отражение и создание затухающей волны . Поскольку вторая призма находилась близко к первой, через этот зазор просачивалось некоторое количество света. Прошедшая и отраженная волны достигли детекторов одновременно, несмотря на то, что прошедший свет также прошел расстояние зазора. Это является основанием для утверждения о передаче информации быстрее, чем c.

Нимц и его коллеги утверждали, что измеренное время туннелирования тратится на фронте барьера, тогда как внутри барьера тратится нулевое время. [ 8 ] [ 9 ] Этот результат наблюдался на нескольких туннельных барьерах и в различных областях. [ 9 ] Туннелирование в нулевом времени уже было рассчитано несколькими теоретиками. [ 10 ] в то время как другие математические результаты указывают на совершенно субсветовой процесс, когда стандартная релятивистская причинность [ 11 ] Это понятие используется вместе с релятивистскими волновыми уравнениями для волновой функции. [ 12 ]

Научные оппоненты и их интерпретации

[ редактировать ]

Крис Ли заявил, что здесь нет никакой новой физики, и что кажущуюся передачу быстрее, чем c, можно объяснить, тщательно рассмотрев, как измеряется время прибытия (будь то групповая скорость или какая-либо другая мера). [ 13 ] Недавние статьи Герберта Уинфула указывают на ошибки в интерпретации Нимца. [ 7 ] [ 14 ] В этих статьях предполагается, что Нимц предоставил довольно тривиальное экспериментальное подтверждение общей теории относительности. Уинфул говорит, что в эксперименте Нимца нет ничего конкретно квантовомеханического, что на самом деле результаты согласуются с предсказаниями классического электромагнетизма ( уравнения Максвелла ) и что в одной из своих статей о туннелировании через волноводы меньшего размера сам Нимц написал: «Поэтому микроволновая печь Туннелирование, то есть распространение управляемых затухающих мод, может быть описано с чрезвычайно высокой степенью точности с помощью теории, основанной на уравнениях Максвелла и фазово-временном подходе». [ 14 ] (В другом месте Нимц утверждал, что, поскольку исчезающие моды имеют мнимое волновое число, они представляют собой «математическую аналогию» квантовому туннелированию . [ 7 ] и что «затухающие моды не могут быть полностью описаны уравнениями Максвелла , и необходимо принимать во внимание квантовую механику». Поскольку законы Максвелла соблюдают специальную теорию относительности, Уинфул утверждает, что эксперимент, который можно описать с помощью этих законов, не может включать в себя нарушение релятивистской причинности (которое подразумевалось бы передачей информации со скоростью, превышающей скорость света). Он также утверждает, что «ничто не наблюдалось движущегося быстрее света. Измеренная задержка — это время жизни запасенной энергии, вытекающей с обеих сторон барьера. Равенство задержек передачи и отражения — это то, чего можно ожидать от утечки энергии из обеих сторон барьера. стороны симметричного барьера».

Эфраим М. Стейнберг из Университета Торонто также заявил, что Нимц не продемонстрировал нарушения причинности (что подразумевалось бы при передаче информации со скоростью, превышающей скорость света). Стейнберг также использует классический аргумент. [ 4 ] В статье New Scientist он использует аналогию с поездом, идущим из Чикаго в Нью-Йорк, но вагоны которого высаживаются на каждой станции по пути, так что центр поезда на каждой остановке перемещается вперед; таким образом, скорость центра поезда превышает скорость любого из отдельных вагонов. [ 15 ] Герберт Уинфул утверждает, что аналогия с поездом является вариантом «аргумента изменения формы» для сверхсветовых туннельных скоростей, но далее он говорит, что этот аргумент на самом деле не подтверждается экспериментом или моделированием, которые на самом деле показывают, что передаваемый импульс имеет одинаковую длину. и иметь форму падающего импульса. [ 14 ] Вместо этого Уинфул утверждает, что групповая задержка при туннелировании на самом деле не является временем прохождения импульса (чья пространственная длина должна быть больше, чем длина барьера, чтобы его спектр был достаточно узким для возможности туннелирования), а временем жизни импульса. энергия, запасенная в стоячей волне , которая образуется внутри барьера. Поскольку запасенная энергия в барьере меньше, чем энергия, запасенная в безбарьерной области той же длины из-за деструктивной интерференции, групповая задержка выхода энергии из барьерной области короче, чем она была бы в свободном пространстве, что по мнению Уинфула, это объяснение очевидно сверхсветового туннелирования. [ 16 ] [ 17 ] Это становится очевидным неправильным при настройке стоячего волновода на частотах ниже частоты среза.

Помимо этих странных интерпретаций, другие авторы опубликовали статьи, в которых утверждается, что квантовое туннелирование не нарушает релятивистского понятия причинности, и что эксперименты Нимца (которые, как утверждается, являются чисто классическими по своей природе) также не нарушают его. [ 18 ] Были опубликованы некоторые оппозиционные теоретические интерпретации. [ 18 ] [ 19 ] [ 12 ]

Интерпретация Нимца

[ редактировать ]
В физической лаборатории Кобленцкого университета, 2008 г.

Нимц и другие утверждают, что анализ формы сигнала и частотного спектра показал, что сверхсветовая скорость сигнала. была измерена [ 20 ] и что туннелирование — единственное наблюдаемое нарушение специальной теории относительности. [ 8 ] [ 5 ] Однако, вопреки своим оппонентам, они прямо указывают, что это не приводит к нарушению примитивной причинности: из-за временной протяженности любого вида сигналов невозможно переносить информацию в прошлое. В конце концов, они утверждают, что туннелирование в целом можно объяснить виртуальными фотонами , странными частицами, введенными Ричардом Фейнманом и показанными для исчезающих мод Али, Каргнилией и Манделем. [ 9 ] [ 19 ] В этом смысле мнимое туннельное волновое число принято вычислять с помощью уравнений Гельмгольца и Шредингера как Гюнтера Нимца [ 5 ] и Герберт Уинфул сделал это. [ 21 ] Однако Нимц подчеркивает, что в конечном итоге окончательное время туннелирования всегда определялось с помощью метода фазового времени Вигнера. [ 5 ] [ 22 ] Гюнтер Нимц подчеркивает, что такие исчезающие моды существуют только в классически запрещенной области энергии. [ 9 ] [ 5 ] Как следствие, они не могут быть объяснены ни классической физикой, ни постулатами специальной теории относительности : отрицательная энергия затухающих мод следует из мнимого волнового числа, т.е. из мнимого показателя преломления согласно соотношению Максвелла. для электромагнитных и упругих полей. Нимц явно [ 23 ] указывает на то, что туннелирование действительно противоречит специальной теории относительности и что любое другое утверждение следует считать неверным. Все волны имеют нулевое время туннелирования. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] и барьер можно рассматривать как вневременное макроскопическое пространство. [ 27 ] Модель туннелирования Winfuls неверна. Недавно в нескольких экспериментах с фотонными и волновыми пакетами Шредингера было доказано, что все волны имеют нулевое время туннелирования. [ 24 ]

[ редактировать ]

Позже группа Келлера в Швейцарии заявила, что туннелирование частиц действительно происходит в нулевом реальном времени. Их тесты включали туннелирование электронов , где группа утверждала, что, согласно релятивистскому прогнозу, время туннелирования должно составлять 500-600 аттосекунд (аттосекунда — это одна квинтиллионная доля секунды). Все, что удалось измерить, — это 24 аттосекунды, что является пределом точности теста. [ 28 ] Однако другие физики снова полагают, что туннельные эксперименты, в которых частицы проводят аномально короткое время внутри барьера, на самом деле полностью совместимы с теорией относительности. [ 12 ] хотя существуют разногласия относительно того, включает ли объяснение изменение формы волнового пакета или другие эффекты. [ 16 ] [ 17 ] [ 29 ]

Это заявленное нулевое время туннелирования для электронов явно противоречит известному факту, что квантовое туннелирование является полностью субсветовым эффектом (а именно, оно согласуется со стандартным представлением о релятивистской причинности). [ 11 ] и не приводит к со скоростью, превышающей скорость света распространению информации ) при моделировании с помощью релятивистского уравнения Дирака . [ 30 ] [ 12 ] Следовательно, либо уравнение Дирака следует игнорировать при моделировании релятивистского туннелирования, либо интерпретацию экспериментальных результатов следует привести в соответствие со стандартным представлением релятивистской причинности из учебника, согласно которому волновая функция не может распространяться за пределы своей будущей оболочки светового конуса . [ 11 ] [ 30 ] [ 12 ]

Временные выводы и будущие исследования

[ редактировать ]

Интерпретация Нимца основана на следующей теории: выражение фотонов Фейнмана в пропагаторе означает, что фотон имеет наибольшую вероятность двигаться точно со скоростью света. , но он имеет неисчезающую вероятность нарушить законы специальной теории относительности, как «виртуальный фотон», на малых временных и длинных масштабах. Хотя было бы невозможно передавать информацию в космологически значимых временных масштабах с помощью туннелирования (вероятность туннелирования просто слишком мала, если классически запрещенная область слишком велика), в коротких масштабах времени и длины туннелирующим фотонам разрешено распространяться быстрее, чем свет. , ввиду их свойства виртуальных частиц. Вероятность распространения фотона не обращается в нуль, даже если угловая частота фотона омега не равна произведению скорости света c и импульса волны p . [ 31 ] [ 32 ] Нимц более подробно написал о сигналах и описанной интерпретации экспериментов по сверхсветовому туннелированию. [ 9 ] [ 22 ]

Хотя его экспериментальные результаты были хорошо задокументированы с начала 1990-х годов, интерпретация Гюнтером Нимцем последствий этих результатов представляет собой широко обсуждаемую тему. [ 33 ] что многие исследователи считают неверным (см. выше #Научные оппоненты и их интерпретации ). Были опубликованы некоторые оппозиционные исследования туннелирования с нулевым временем. [ 10 ] Общие описания сигналов сверхсветового туннелирования, представленные в большинстве учебников и статей, скорректированы в окончательные выводы по мнению Бриллюэна и других важных физиков. [ 22 ]

Избранные произведения

[ редактировать ]
  • Штальхофен, А.А.; Нимц, Г. (2006). «Затухающие моды - это виртуальные фотоны». Письма по еврофизике (EPL) . 76 (2). Издательство ИОП: 189–195. Бибкод : 2006EL.....76..189S . дои : 10.1209/epl/i2006-10271-9 . ISSN   0295-5075 . S2CID   250758644 .
  • Нимц, Г. (2006). «Нарушают ли исчезающие моды релятивистскую причинность?». Специальная теория относительности . Конспект лекций по физике. Том. 702. Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр. 506–531. дои : 10.1007/3-540-34523-x_19 . ISBN  978-3-540-34522-0 .
  1. ^ «Патент США на систему поглощения электромагнитных волн и способ изготовления этой системы — Патент 5,710,564» . Проверено 20 марта 2023 г.
  2. ^ «Способ и устройство для приготовления порошкообразных оксидов металлов для керамических композиций - Патент 5 219 829» . 15 июня 1993 года . Проверено 20 марта 2023 г.
  3. ^ Эндерс, А.; Нимц, Г. (1992). «О преодолении сверхсветового барьера» . Дж. Физ. Я Франция . 2 (9): 1693–1698. Бибкод : 1992JPhy1...2.1693E . дои : 10.1051/jp1:1992236 .
  4. ^ Перейти обратно: а б Питер Вайс (10 июня 2000 г.). «Световые импульсы нарушают священный предел скорости» . Новости науки . 157 (24): 375. дои : 10.2307/4012354 . JSTOR   4012354 . Архивировано из оригинала 21 июня 2007 года.
  5. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Нимц, Г. (2006). «Нарушают ли исчезающие моды релятивистскую причинность?». Специальная теория относительности . Конспект лекций по физике. Том. 702. стр. 506–531. CiteSeerX   10.1.1.330.5448 . дои : 10.1007/3-540-34523-X_19 . ISBN  978-3-540-34522-0 .
  6. ^ «Сверхсветовое туннелирование: передача информации со скоростью, превышающей скорость света» . www.jugend-forscht.de . Проверено 20 марта 2023 г.
  7. ^ Перейти обратно: а б с Г. Нимц, А.А. Штальхофен (2007). «Макроскопическое нарушение специальной теории относительности». arXiv : 0708.0681 [ квант-ph ].
  8. ^ Перейти обратно: а б Г. Нимц и А. А. Штальхофен, «Универсальное время туннелирования для всех полей», Ann. Физ. (Берлин), 17, 374, 2008 г.
  9. ^ Перейти обратно: а б с д и Нимц, Гюнтер. «О виртуальных фононах, фотонах и электронах». Найденный. Физ . 39 (1346): 2009.
  10. ^ Перейти обратно: а б Т. Хартман, J. Appl. Физ. 33, 3427, 1962; В. Франц, Физ. Статус Солиди, 22 года, К139, 1967 г.р.; Коллинз и др., J. Phys. С20, 6213, 1987 г.; Ф. Лоу и П. Менде, Ann. Физ. Нью-Йорк, 210, 380, 1991; Г. Нимц, ЛНП 702, 506, 2006; Туннелирование в нулевом времени – еще раз, Г. Нимц и Х. Айхманн, З. Натурфорш. 72а, 881 (2017)
  11. ^ Перейти обратно: а б с Уолд, Роберт М. (1984). Общая теория относительности . Издательство Чикагского университета. дои : 10.7208/Чикаго/9780226870373.001.0001 . ISBN  978-0-226-87033-5 .
  12. ^ Перейти обратно: а б с д и Гавассино, Л.; Дискони, ММ (13 марта 2023 г.). «Сверхсветимость релятивистского квантового туннелирования» . Физический обзор А. 107 (3): 032209. arXiv : 2208.09742 . дои : 10.1103/PhysRevA.107.032209 .
  13. ^ Крис Ли (16 августа 2007 г.). «Последние утверждения о том, что «быстрее скорости света» ошибочны (опять)» . Арс Техника .
  14. ^ Перейти обратно: а б с Уинфул, Герберт Г. (2007). «Комментарий к «Макроскопическому нарушению специальной теории относительности» Нимца и Штальхофена [arXiv:0708.0681v1]». Квантовая физика (Квант-ф) . arXiv : 0709.2736 .
  15. ^ Андерсон, Марк (18–24 августа 2007 г.). «Кажется, свет бросает вызов собственному ограничению скорости» . Новый учёный . Том. 195, нет. 2617. с. 10.
  16. ^ Перейти обратно: а б Уинфул, Герберт Г. (декабрь 2006 г.). «Туннельное время, эффект Хартмана и сверхсветимость: предлагаемое решение старого парадокса» (PDF) . Отчеты по физике . 436 (1–2): 1–69. Бибкод : 2006PhR...436....1W . doi : 10.1016/j.physrep.2006.09.002 . Архивировано из оригинала (PDF) 18 декабря 2011 года . Проверено 11 июня 2010 г.
  17. ^ Перейти обратно: а б Это объяснение Винфула неверно, и оно становится очевидным, например, при настройке стоячего волновода на частотах ниже частоты среза. Измеримой запасенной энергии не существует. Краткое изложение объяснений Герберта Уинфула явно сверхсветового времени туннелирования, не предполагающего изменения формы, см. Уинфул, Герберт (29 ноября 2007 г.). «Новая парадигма разрешает старый парадокс туннелирования со скоростью, превышающей скорость света». Отдел новостей SPIE . дои : 10.1117/2.1200711.0927 . S2CID   119935546 .
  18. ^ Перейти обратно: а б Ряд статей перечислен в книге «Скорости, превышающие скорость света в экспериментах по туннелированию: аннотированная библиография» , Маркус Пёссельс Вебсайтен.
  19. ^ Перейти обратно: а б К. Карнилья и Л. Мандель, Phys. Ред. Д 3, 280, 1971 г.; С.Т. Али, физ. Ред. Б 7, 1668, 1973 г.
  20. ^ Лонги, С.; Марано, М.; Лапорта, П.; Бельмонте, М. (16 октября 2001 г.). «Сверхсветовое распространение оптического импульса на периодических волоконных брэгговских решетках 1,5 мкм». Физический обзор E . 64 (5). Американское физическое общество (APS): 055602. Бибкод : 2001PhRvE..64e5602L . дои : 10.1103/physreve.64.055602 . ISSN   1063-651X . ПМИД   11736006 .
  21. ^ Уинфул, Герберт Г. (23 декабря 2003 г.). «Время задержки и эффект Хартмана в квантовом туннелировании». Письма о физических отзывах . 91 (26). Американское физическое общество (APS): 260401. Бибкод : 2003PhRvL..91z0401W . дои : 10.1103/physrevlett.91.260401 . ISSN   0031-9007 . ПМИД   14754030 .
  22. ^ Перейти обратно: а б с Х. Айхманн и Г. Нимц, Найдено. Физ. 44, 678 (2014)
  23. ^ Нимц, Гюнтер; Айхманн, Хорст (28 января 2011 г.). «Туннелирование противостоит специальной теории относительности». Основы физики . 41 (7): 1193–1199. arXiv : 1003.3944 . Бибкод : 2011FoPh...41.1193N . дои : 10.1007/s10701-011-9539-2 . ISSN   0015-9018 . S2CID   119249900 .
  24. ^ Перейти обратно: а б Нимц, Гюнтер; Айхманн, Хорст (2021). «Все волны имеют нулевое время туннелирования» . Журнал естественных исследований А. 76 (4): 295–297. Стартовый код : 2021ZNatA..76..295N . дои : 10.1515/zna-2020-0299 . ISSN   1865-7109 . S2CID   232484445 .
  25. ^ Нимц, Гюнтер; Айхманн, Хорст (2017). «Туннелирование в нулевом времени – еще раз» . Журнал естественных исследований . 72 (9): 881–884. Стартовый код : 2017ЗНатА..72..881Н . дои : 10.1515/zna-2017-0172 . S2CID   102915055 .
  26. ^ Айхманн, Х.; Нимц, Г.; Бруни, П. (декабрь 2015 г.). «О коэффициенте стоячей волны напряжения и барьерах» . Оптические коммуникации . 356 : 431–434. дои : 10.1016/j.optcom.2015.07.089 .
  27. ^ Нимц, Гюнтер (2023). «О вневременных макроскопических пространствах». Журнал естественных исследований . 78 (4): 305–307. arXiv : 1906.00953 . Стартовый код : 2023ZNatA..78..305N . дои : 10.1515/zna-2022-0271 . S2CID   253244262 .
  28. ^ Экл, П.; Пфайффер, АН; Чирелли, К.; Штаудте, А.; Дорнер, Р.; Мюллер, Х.Г.; Бюттикер, М.; Келлер, У. (5 декабря 2008 г.). «Измерения времени задержки аттосекундной ионизации и туннелирования в гелии». Наука . 322 (5907). Американская ассоциация развития науки (AAAS): 1525–1529. Бибкод : 2008Sci...322.1525E . дои : 10.1126/science.1163439 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   19056981 . S2CID   206515239 .
  29. ^ Соколовский, Д. (8 февраля 2004 г.). «Почему теория относительности позволяет квантовому туннелированию «не занимать много времени»?». Труды Королевского общества А. 460 (2042): 499–506. Бибкод : 2004RSPSA.460..499S . дои : 10.1098/rspa.2003.1222 . S2CID   122620657 .
  30. ^ Перейти обратно: а б Уравнение Дирака . дои : 10.1007/978-3-662-02753-0 .
  31. ^ К. Каргнилия и Л. Мандель, Phys. Ред. Д3, 280 (1971 г.)
  32. ^ T. S. Ali, Phys. Rev. D7, 1668 (1973)
  33. ^ «Каталог изданий CNR» . Архивировано из оригинала 16 июля 2012 года . Проверено 17 февраля 2019 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: a879540682b583857caf2960044d9dc9__1716180240
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/a8/c9/a879540682b583857caf2960044d9dc9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Günter Nimtz - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)