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Spieglein, Spieglein an der Wand: Virtuelle Photonen schlagen ein neues Kapitel in Chemie und Physik auf

2019-02-11T14:23:44+00:0011 Februar 2019|Allgemein, Innovation|

Man kann sagen, dass da möglicherweise ein neues Kapitel in der Chemie und Physik aufgeschlagen wird durch die Anwendung eines uralten Instrumentes der Menschheit und seiner bewußten Selbstreflektion: Der Spiegel. In fast allen Mythen und Traditionen der Menschheit wird dem Spiegel scheinbar übernatürliche Kräfte und Eigenschaften nachgesagt.

Es scheint, als könnten diese Mythen einen wahren Kern haben. Nichts wurde und wird umsonst gedacht. Noch nennt man diese mögliche neue Grenzwissenschaft “spukhafte Chemie“, aber die Grenzwissenschaft von gestern, kann die Mainstreamwissenscnaft von morgen sein, solange und nur dann, wenn sie den Weg und Methoden der Wissenschaft folgt.

Die Theorie von Wissenschaftlern von der Theorieabteilung des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) im Center für Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg zum polaritonisch verstärkten Energietransfer von Molekülen über weite Distanzen, eröffnet neue Wege im chemischen Design und in der sogenannten “spukhaften Chemie”.

Virtuelle Photonen

Sie, die Wissenschafter, haben mittels Computer-Simulationen aufgezeigt, wie der Transfer von Energie und Ladung zwischen Molekülen mit virtuellen Photonen kontrolliert und drastisch verstärkt werden kann. Ihre Arbeit könnte zu einer fundamentalen Anpassung der Leitlinien chemischer Reaktionen führen und große Fortschritte im Bereich der chemischen Kontrolle durch störungsfreie Methoden bewirken.

In der Physik ist das Nichts niemals wirklich nichts: Das physikalische ‚Vakuum‘ beweist dagegen von Neuem den Wert seines eigenen, sehr unterschätzten, Nichts. Die Schlüsse der Quantenmechanik führen unausweichlich zur Existenz alles Vorstellbaren, und sei es nur für unvorstellbar kurze Zeitspannen. Dazu gehören unter anderem die quantisierten Bruchteile des Lichtes: virtuelle Photonen.

Der Einfluss dieser virtuellen Teilchen, die im klassischen Sinne nicht einmal existieren, fasziniert Wissenschaftler seit nunmehr einem Jahrhundert. Die Beschaffenheit des Vakuums, inklusive seiner Eigenschaften und seines Einflusses, kann durch seine Umgebung kontrolliert werden.

Spieglein, Spieglein…

Wenn wir zwei gewöhnliche Spiegel dicht aneinander setzen, kann so zum Beispiel der Verlauf einer chemischen Reaktion kontrolliert werden. Dies geschieht nicht etwa durch den Kontakt der Moleküle mit der Oberfläche der Spiegel, sondern lediglich dadurch, dass die Spiegel das Vakuum in eine bestimmte Form zwingen.

Experiment und Theorie beweisen, dass diese scheinbar unglaublichen Effekte existieren und einen potenten Kontroll-Mechanismus darstellen. Das MPSD-Team um Christian Schäfer, Michael Ruggenthaler, Heiko Appel und Angel Rubio hat nun gezeigt, wie drastisch sich die Paradigmen der Chemie im kontrollierten Vakuum beeinflussen lassen. Ihre Studie wird in den Proceedings of the National Academy of Science‘ (PNAS) veröffentlicht.

Chemische Reaktionen folgen üblicherweise etablierten Regeln. Der Prinzip der Chemie ist es, eben diese Regeln zu nutzen und zu kontrollieren, um wiederum diese Reaktionen zu steuern. Der jahrhundertealte alchemistische Traum, jedes Material willkürlich in ein begehrtes Produkt zu verwandeln, treibt auch heutzutage die chemischen und physikalischen Wissenschaften voran. Schäfer und sein Team haben nun demonstriert, dass wir nicht an diese Paradigmen gebunden sind, sondern diese selbst grundlegend durch das kontrollierte Vakuum beeinflussen können.

Die Photonen agieren als Kleber zwischen den Molekülen und ermöglichen einen extrem effizienten Energie- und Ladungstransfer über große Distanzen hinweg. Die Kontrolle des Vakuums ermöglicht somit die Steuerung chemischer Reaktionen, führt zu der hocheffizienten Kommunikation zwischen den Teilchen über weite Entfernungen (‚spukhafte Wechselwirkungen‘) und bestimmt ihre Positionen – alles durch die Anpassung einfacher Faktoren, wie der Distanz zwischen zwei Spiegeln.

Der Kniff ist, dass das kontrollierte Vakuum zu neuen Zuständen führt, welche mehr als die Summe ihrer Einzelteile, Licht und Materie (Polaritonen), darstellen. Selbst weit voneinander getrennte Moleküle sind so selbst über lange Reichweiten durch den effizienten Lichtcharakter verbunden – wie zwei Gesprächspartner, die mit Lichtsignalen kommunizieren.

Die Zukunft erscheint so fantastisch wie die ‚Unendliche Geschichte‘ selbst,“ sagt Christian Schäfer. „Die Experimente haben bereits gezeigt, wie für unser modernes Leben wichtige chemische Reaktionen auf diese Art kontrolliert und beschleunigt werden können. Die damit verbundene Theorie gibt uns einen enorm optimistischen Ausblick auf die Zukunft dieser Kontrollmethoden.

Der Direktor der Theorieabteilung am MPSD, Angel Rubio, erklärt: „Mit Experimenten und Theorie fügen wir unserem modernen Verständnis des Material- und Reaktionsdesigns in diesem Feld neue Facetten hinzu. So eröffnen sich hocheffiziente Methoden für die Herausforderungen unserer Zeit, wie zum Beispiel der Energie-Wandel und die Energie-Speicherung. Dieser neuartige Ansatz hat großes Potential, kann auf andere entfernte Komponenten wie z.B. zwei-dimensionale Materialien oder Festkörper ausgeweitet werden und verspricht neue technologische Möglichkeiten für die Zukunft.“

Dreht man diese These weiter, könnte sich der Spiegel auch als Pforte für neue Wege der Kommunikation sich darstellen oder für inter-dimensionale Kommunikation von Bewußtseinsströmen. Oft hat man den Eindruck, wenn man Kinder mit Down-Syndrom oder im autistischen Spektrum augennah stundenlang mit Spiegel sitzen sieht, dass hier kommuniziert wird. Bisher tat man dies als Eigenheit ab. Aber in diesem Lichte kann es auch anders gesehen werden. Ein Gedankengang, der nicht schadet und vielleocht im wahrsten Sinne des Wortes neue Dimensionen eröffnet.

 

Originalpublikation: https://www.pnas.org/content/early/2019/02/06/1814178116

 

 

 

(Quelle: Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie/Witt)

Über den Autor:

Naftali Neugebauer
Herausgeber Glocalist und als Innovationsmanager tätig.

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