Unsichtbare Objekte Mathematiker entwirft Tarnzylinder

Mit Tarnmanteltechnik kann man Dinge verschwinden lassen - und noch viel mehr, glaubt ein Mathematiker. Er will mit zylinderförmigen Vorrichtungen Medizinern beim Operieren helfen und das Fernsehen revolutionieren.

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Ein Tarnmantel ist eine zauberhafte Sache - bei Harry Potter. Hokuspokus werden durch ihn Dinge unsichtbar. Eine faszinierende Spielerei, doch der US-Mathematiker Allan Greenleaf entwirft jetzt ein solches Ding fürs wahre Leben: Er will Tarnkappen entwickeln und ganz praktisch nutzen.

Greenleafs Idee: Man nehme ein rechteckiges Stück Tarnmaterial, rolle es zu einem Zylinder - und stecke dann in die Innenseite dieses Zylinders jenes Ding, das man verschwinden lassen will. Der Forscher hat die Theorie für diese Idee mitentwickelt.

Eine Technik zum Unsichtbarwerden schien unter seriösen Wissenschaftlern lange Zeit kaum denkbar, bis vor einem Jahr David Schurig und seine Kollegen von der Duke University in Durham die erste (äußerst primitive) Tarnkappe vorstellten. Sie besteht aus einem Ring von mehreren Lagen Kupferdraht und Glasfaserfolien, der auftreffende elektromagnetische Wellen um sich herumführt.

Der Tarnmantel selbst besteht aus sogenannten Resonatoren, welche die elektromagnetische Strahlung aufnehmen und an der gegenüberliegenden Seite des Ringes wieder abgeben. Die Strahlung bewege sich "wie Wasser, das um einem glatten Stein herumfließt", sagt Schurig. Er greift dabei auf Konzepte von Theoretikern zurück, die einige Jahre zuvor entstanden waren.

Anleihen bei Harry Potter

Greenleaf schlägt eine nun spezielle Tarnkappen-Variante vor: "Stellen Sie sich vor, Harry Potter wickelt seinen Unsichtbarkeitsmantel um ein Rohr". Wenn man dabei so vorgeht, wie es der Forscher in einem bei den "Physical Review Letters" eingereichten Artikel beschreibt, soll man Erstaunliches beobachten: "Man kann ein Objekt von einer Seite in das Rohr hineinstecken, dabei sieht man es verschwinden, und dann taucht es an der anderen Seite wieder auf."

"Elektromagnetisches Wurmloch" nennt der Mathematiker seine Idee - in Anlehnung an Wurmlöcher in der Raumzeit, die unter anderem Zeitreisen ermöglichen sollen. "Ich denke, das ist eine interessante Idee", sagte Duke-Forscher Schurig SPIEGEL ONLINE.

In der Praxis gäbe es für den Zylinder verblüffende Anwendungen. Die Wissenschaftler der University of Rochester denken zum Beispiel an endoskopische Operationen, bei der Mediziner sich an den Live-Aufnahmen eines Magnetresonanztomografen orientieren. Bislang bereitet diese Technik Probleme: Zum einen wirkt das starke Magnetfeld in der Röhre auf die Instrumente ein, zum anderen stören diese die Bilder des Tomografen. Würde man die Instrumente durch einen Tarnzylinder führen, bestünden diese Probleme nicht, sagte Greenleaf.

Konzept für 3-D-Fernseher?

Wer von einer Seite durch ein solches Rohr hindurchschaut, wird nach Berechnungen der Forscher mitunter Kurioses zu sehen bekommen. Je nachdem, wie lang der Zylinder ist und wie oft das Licht darin hin- und her reflektiert wird, habe man entweder eine Perspektive wie mit einem Fischauge - oder aber die andere Seite erscheine als "Escher-mäßiges Durcheinander", wie die Forscher berichten.

Eine noch futuristischere Anwendung der Tarnzylinder wäre ein 3-D-Fernseher. Dazu müssten Tausende solcher Röhrchen mit unterschiedlichen Längen aus einer Box herausragen - ähnlich wie lange Gräser aus einer Vase. Jeder einzelne Endpunkt stellte dann ein frei im Raum schwebendes Pixel dar. Licht, das aus dem Ende eines Rohres austräte, würde ungestört zum Betrachter gelangen, denn die Tausenden anderen Röhrchen wären ja sämtlich aus Tarnmaterial. Das Licht würde sie umlaufen und dann seinen Weg fortsetzen.

Der Weg bis zu einem solchen 3-D-Display ist allerdings noch sehr weit. Der von Schurig gebaute Tarnring funktioniert nur in zwei Dimensionen - die jetzt vorgeschlagene Röhre ist hingegen ein dreidimensionales Objekt. "Die Konstruktion und die Bestätigung des Wurmloch-Effekts durch Messungen könnten eine große Herausforderung sein", sagte Greenleaf im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE.

Tarnung nur für bestimmte Wellenlänge

Ein weiteres, womöglich noch größeres Problem der bisherigen Tarnkappentechnik: Sie funktioniert nur für eine bestimmte Wellenlänge. Schurigs Team arbeitete mit 3,5 Zentimeter langen Mikrowellen, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind.

"Noch ist unklar, ob wir jemals Gegenstände unsichtbar machen können, so wie man sich das vorstellt, wenn man an Harry Potters Mantel oder die Tarnvorrichtung bei Star Trek denkt", sagte David Smith, der den Tarnring für Mikrowellen mit entwickelt hat.

Nach einer Miniaturisierung der sogenannten Resonatoren, aus denen das Tarnmaterial aufgebaut ist, könnte die Technik prinzipiell auch bei sichtbarem Licht funktionieren. Allerdings nach derzeitigem Stand der Technik nur für eine bestimmte Wellenlänge - oder einfacher gesagt Farbe. Das dreidimensionale Fernsehen gäbe es dann nur in Schwarz-Rot oder Schwarz-Grün.

Das ist aber für den Anfang nicht weiter schlimm - schließlich leuchteten die ersten Fernseher auch nur in Schwarz-Weiß.



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