{"id":7700,"date":"2026-10-17T07:45:16","date_gmt":"2026-10-17T07:45:16","guid":{"rendered":"https:\/\/technodidact.de\/?p=7700"},"modified":"2026-10-17T07:45:16","modified_gmt":"2026-10-17T07:45:16","slug":"tachyonen-die-physik-erlaubt-sie-die-natur-nicht","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/technodidact.de\/en\/tachyonen-die-physik-erlaubt-sie-die-natur-nicht\/","title":{"rendered":"Tachyonen: Die Physik erlaubt sie, die Natur nicht"},"content":{"rendered":"

Von DerSchneider<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es gibt Ideen in der Physik, die haben eine eigent\u00fcmliche Karriere hinter sich. Sie werden geboren als mathematische Randnotiz, verschwinden f\u00fcr Jahrzehnte in der Schublade, tauchen wieder auf als Science-Fiction-Topos, werden von Experimentalphysikern gejagt und schlie\u00dflich \u2013 zumindest vorl\u00e4ufig \u2013 als das entlarvt, was sie von Anfang an waren: ein Gedankenspiel. Die Tachyonen sind genau so ein Fall. Und doch lohnt sich die Besch\u00e4ftigung mit ihnen, weil an ihnen deutlich wird, wie pr\u00e4zise die Relativit\u00e4tstheorie tats\u00e4chlich ist \u2013 und wo die Grenzen zwischen mathematischer M\u00f6glichkeit und physikalischer Realit\u00e4t verlaufen.<\/p>\n\n\n\n

Der Begriff bezeichnet hypothetische Teilchen, die sich von Natur aus schneller als das Licht bewegen. Das klingt nach einem klaren Versto\u00df gegen Einsteins Spezielle Relativit\u00e4tstheorie. Doch die Sache ist subtiler. Die Relativit\u00e4tstheorie verbietet nicht, dass etwas schneller als Licht ist \u2013 jedenfalls nicht als kinematische M\u00f6glichkeit. Sie verbietet nur, dass etwas, das langsamer als Licht ist, auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird; daf\u00fcr w\u00e4re unendlich viel Energie n\u00f6tig. \u00dcber die andere Seite der Lichtmauer sagt die Formel zun\u00e4chst nichts.<\/p>\n\n\n\n

Hier ist allerdings eine Pr\u00e4zisierung angebracht, die in popul\u00e4ren Darstellungen oft untergeht: Was die klassische Relativit\u00e4tstheorie als Bewegungsm\u00f6glichkeit zul\u00e4sst, ist damit noch lange nicht als quantenfeldtheoretisches Teilchen etabliert. Die Quantenfeldtheorie, also das Framework, in dem alle bekannten Elementarteilchen beschrieben werden, macht echte Tachyonen als asymptotische, also freie Teilchen h\u00f6chst problematisch. Tachyonische Felder f\u00fchren zu Vakuuminstabilit\u00e4t und zu sogenannten Geistern \u2013 Zust\u00e4nden mit negativer Norm, die die Wahrscheinlichkeitsinterpretation der Quantenmechanik untergraben. Die saubere Trennung lautet also: klassisch erlaubt, quantenfeldtheoretisch h\u00f6chst problematisch. Der entscheidende Punkt ist, dass die Physik nicht bei der klassischen Kinematik stehen bleibt.<\/p>\n\n\n\n

Die Geschichte dieser Idee ist \u00fcberraschend alt. Bereits 1904, ein Jahr bevor Einstein seine Spezielle Relativit\u00e4tstheorie ver\u00f6ffentlichte, spielte der M\u00fcnchner Physiker Arnold Sommerfeld mit der Frage durch, wie sich ein Teilchen verhalten w\u00fcrde, das immer schneller als Licht ist. Sein Ergebnis verbl\u00fcffte ihn selbst: Ein solches Teilchen w\u00fcrde Energie verlieren, wenn man es beschleunigt \u2013 das Gegenteil von allem, was man von normaler Materie kennt. Sommerfeld legte das Problem beiseite.<\/p>\n\n\n\n

Es dauerte fast sechzig Jahre, bis der US-Physiker Gerald Feinberg 1967 den Begriff \u201eTachyon“ pr\u00e4gte und eine erste systematische quantenfeldtheoretische Beschreibung versuchte . Die Pr\u00e4gung des Namens geht auf ihn zur\u00fcck, ebenso der erste ernsthafte Versuch, Tachyonen in die Quantenfeldtheorie einzubetten. Die oft zitierte Anekdote, Feinberg sei von einer Science-Fiction-Geschichte inspiriert worden, ist eine h\u00fcbsche Randnotiz, sollte aber nicht \u00fcberbewertet werden \u2013 sie sagt mehr \u00fcber die kulturelle Atmosph\u00e4re der 1960er Jahre als \u00fcber die Physik.<\/p>\n\n\n\n

Drei Welten, getrennt durch eine un\u00fcberwindbare Mauer<\/h2>\n\n\n\n

Um zu verstehen, warum Tachyonen so seltsam sind, hilft eine einfache Vorstellung. Die Spezielle Relativit\u00e4tstheorie teilt alle m\u00f6glichen Geschwindigkeiten in drei scharf getrennte Bereiche ein. Da ist zun\u00e4chst die Welt der gew\u00f6hnlichen Materie: Alle Teilchen mit Masse bewegen sich langsamer als Licht. Dann die Welt des Lichts: Photonen und andere masselose Teilchen bewegen sich exakt mit Lichtgeschwindigkeit. Und schlie\u00dflich die hypothetische dritte Welt: Teilchen, die immer schneller als Licht sind.<\/p>\n\n\n\n

Zwischen diesen Welten gibt es keine \u00dcberg\u00e4nge. Ein normales Teilchen kann die Lichtmauer nicht durchbrechen, weil seine Energie gegen unendlich strebt, je n\u00e4her es der Lichtgeschwindigkeit kommt. Ein Tachyon kann die Mauer nicht von der anderen Seite durchbrechen, weil auch f\u00fcr es unendlich viel Energie n\u00f6tig w\u00e4re, um auf Lichtgeschwindigkeit abzubremsen. Die Mauer ist von beiden Seiten un\u00fcberwindbar .<\/p>\n\n\n\n

Was Tachyonen so merkw\u00fcrdig macht, ist ihr Energieverhalten. Bei normalen Teilchen gilt: mehr Energie, mehr Geschwindigkeit. Bei Tachyonen ist es umgekehrt. Je schneller ein Tachyon fliegt, desto weniger Energie tr\u00e4gt es. Bei unendlicher Geschwindigkeit w\u00e4re seine Energie schlie\u00dflich null. Um ein Tachyon abzubremsen, m\u00fcsste man ihm Energie zuf\u00fchren \u2013 und zwar unendlich viel, um es bis an die Lichtmauer heranzubringen.<\/p>\n\n\n\n

Diese Umkehrung folgt aus der Mathematik der Relativit\u00e4tstheorie. Pr\u00e4zise formuliert: Die Gr\u00f6\u00dfe, die man \u00fcblicherweise als Ruhemasse bezeichnet, also der Ausdruck m\u00b2 = E\u00b2\/c\u2074 \u2212 p\u00b2\/c\u00b2<\/em>, wird bei \u00fcberlichtschnellen Geschwindigkeiten negativ. Die Rede von der \u201eimagin\u00e4ren Masse“ ist eine Sprechweise f\u00fcr diese negative Quadratsignatur \u2013 physikalisch sauberer ist es, von einem negativen Massenquadrat zu sprechen. Das klingt absurd, ist aber harmlos, weil ein Tachyon ohnehin niemals ruht und daher keine Ruhemasse im eigentlichen Sinne besitzt .<\/p>\n\n\n\n

Die folgende Tabelle fasst die grundlegenden Unterschiede zusammen:<\/p>\n\n\n\n

Eigenschaft<\/th>Normale Materie (v < c)<\/th>Photon (v = c)<\/th>Tachyon (v > c)<\/th><\/tr><\/thead>
Massenquadrat m\u00b2<\/td>positiv<\/td>null<\/td>negativ<\/td><\/tr>
Energie bei Geschwindigkeitszunahme<\/td>steigt<\/td>konstant (E = pc)<\/td>sinkt<\/td><\/tr>
Energie bei v \u2192 c<\/td>\u2192 unendlich<\/td>E = pc<\/td>\u2192 unendlich<\/td><\/tr>
Energie bei v \u2192 \u221e<\/td>\u2192 unendlich<\/td>\u2013<\/td>\u2192 null<\/td><\/tr>
Kann auf c gebracht werden?<\/td>nein (unendliche Energie)<\/td>\u2013<\/td>nein (unendliche Energie)<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Das Antitelefon und warum die meisten Physiker abwinken<\/h2>\n\n\n\n

Die eigentliche Schwierigkeit mit den Tachyonen ist nicht ihre Geschwindigkeit. Es ist die Zeit. In der Relativit\u00e4tstheorie h\u00e4ngt die Reihenfolge zweier Ereignisse vom Beobachter ab \u2013 aber nur dann, wenn die Ereignisse durch ein \u00fcberlichtschnelles Signal verbunden sind. F\u00fcr einen ruhenden Beobachter mag ein Tachyon von A nach B fliegen. F\u00fcr einen anderen, der sich schnell genug in die entgegengesetzte Richtung bewegt, kommt dasselbe Tachyon in B an, bevor es in A gestartet ist.<\/p>\n\n\n\n

Der Physiker Richard Tolman beschrieb bereits 1917, was daraus folgt: Mit zwei Sendern, die sich gegeneinander bewegen, lie\u00dfe sich eine Nachricht in die eigene Vergangenheit schicken. Man k\u00f6nnte sich selbst warnen, den Sender gar nicht erst einzuschalten \u2013 ein klassisches Paradoxon. Wichtig ist die genaue Bedingung: Das Paradoxon entsteht nur, wenn man drei Dinge kombiniert \u2013 ein \u00fcberlichtschnelles Signal, die Relativit\u00e4t der Gleichzeitigkeit und die freie Wahl der Relativbewegung der Sender. Das ist das Standard-Tolman-Argument, und es ist der Grund, warum die \u00fcberwiegende Mehrheit der Physiker Tachyonen nicht als reale Teilchen ernst nimmt .<\/p>\n\n\n\n

Nun gab es in der Fachgeschichte durchaus Versuche, das Paradoxon zu entsch\u00e4rfen. Das sogenannte \u201eReinterpretationsprinzip“ argumentiert, dass ein Tachyon mit negativer Energie, das r\u00fcckw\u00e4rts in der Zeit fliegt, mathematisch \u00e4quivalent beschrieben werden kann als ein Tachyon mit positiver Energie, das vorw\u00e4rts in der Zeit fliegt. Die Emission werde dann eben als Absorption interpretiert. Doch diese Umdeutung funktioniert nur f\u00fcr einzelne, nicht wechselwirkende Teilchen. Sobald man makroskopische Apparaturen ins Spiel bringt \u2013 einen Sender, einen Detektor, einen Modulator \u2013, bricht das Prinzip zusammen. Ein makroskopischer Detektor l\u00e4sst sich nicht einfach in eine Quelle uminterpretieren. In der st\u00f6rungstheoretischen Quantenfeldtheorie ist die Reinterpretation ohnehin fragw\u00fcrdig, weil Tachyonen als externe Zust\u00e4nde nicht sauber definierbar sind \u2013 sie lassen sich nicht als asymptotische Ein- und Auszust\u00e4nde eines Streuexperiments formulieren .<\/p>\n\n\n\n

Gesucht, gefunden, verworfen<\/h2>\n\n\n\n

Trotz dieser theoretischen Vorbehalte haben Experimentalphysiker nach Tachyonen gesucht. Die Geschichte dieser Suche ist eine Abfolge von Fehlschl\u00e4gen und einer spektakul\u00e4ren Selbstkorrektur.<\/p>\n\n\n\n

In den 1990er Jahren lieferten Experimente zum Betazerfall von Tritium scheinbar ein negatives Massenquadrat f\u00fcr das Neutrino \u2013 genau die Signatur eines Tachyons. Die Ursache erwies sich als Oberfl\u00e4cheneffekt im Detektorkristall. Der gr\u00f6\u00dfte Aufruhr kam im September 2011, als die OPERA-Kollaboration am Gran-Sasso-Labor meldete, Neutrinos aus dem CERN seien auf der 730 Kilometer langen Strecke rund 60 Nanosekunden fr\u00fcher angekommen als Licht daf\u00fcr br\u00e4uchte. F\u00fcr einige Monate diskutierte die Fachwelt ernsthaft, ob Neutrinos Tachyonen sein k\u00f6nnten. Dann fand man die Ursache: ein nicht richtig eingerastetes Glasfaserkabel zwischen GPS-Empf\u00e4nger und Elektronik sowie eine Uhr, die minimal zu schnell lief. Nach der Korrektur flogen die Neutrinos exakt so schnell, wie es die Relativit\u00e4tstheorie erlaubt.<\/p>\n\n\n\n

Das Experiment KATRIN in Karlsruhe misst die Masse des Neutrinos so genau wie kein Instrument zuvor. Hier ist eine wichtige Unterscheidung angebracht: Die Neutrinooszillationen, f\u00fcr die es 2015 den Nobelpreis gab, belegen eindeutig, dass Neutrinos eine winzige, aber echte Masse besitzen \u2013 genauer gesagt, sie belegen Massendifferenzen zwischen den Neutrinoarten. \u00dcber die absolute Masse sagen sie nichts aus. KATRIN misst genau diese absolute Masse und liefert bisher eine obere Grenze. Bisher deutet nichts auf ein Tachyon hin, und die Oszillationen sprechen klar f\u00fcr Teilchen auf unserer Seite der Lichtmauer.<\/p>\n\n\n\n

Was von den Tachyonen bleibt<\/h2>\n\n\n\n

Ganz verschwunden sind die Tachyonen aus der Physik allerdings nicht. In der Quantenfeldtheorie hat der Begriff heute eine andere Bedeutung: Er bezeichnet Felder mit negativem Massenquadrat, und die sind keine Fantasie, sondern ein Zeichen f\u00fcr Instabilit\u00e4t. Das Higgs-Feld, das allen Teilchen ihre Masse verleiht, war in der Fr\u00fchzeit des Universums genau so ein \u201etachyonisches Feld“, das in einen stabilen Zustand kippte. In der Stringtheorie zeigen Tachyonen an, dass ein angenommener Zustand des Vakuums zerfallen muss. Wo Tachyonen in den Gleichungen auftauchen, ist das ein Hinweis darauf, dass die Welt, wie man sie gerade beschrieben hat, so nicht bleiben kann .<\/p>\n\n\n\n

Im Jahr 2024 sorgte eine Arbeit des Physikers Jerzy Paczos und seiner Kollegen f\u00fcr eine gewisse Unruhe, indem sie argumentierten, die bekannten Probleme der Tachyonen in der Quantenfeldtheorie \u2013 negative Energien, Instabilit\u00e4t, beobachterabh\u00e4ngige Teilchenzahl \u2013 lie\u00dfen sich m\u00f6glicherweise durch eine Erweiterung des quantenmechanischen Zustandsraums beheben. Die Idee dahinter: Wenn Tachyonen r\u00fcckw\u00e4rts in der Zeit laufen k\u00f6nnen, m\u00fcsse man neben dem Anfangszustand auch den Endzustand eines Systems in die Beschreibung einbeziehen . Das ist ein interessanter theoretischer Vorsto\u00df, aber er \u00e4ndert nichts an der experimentellen Lage: Kein Tachyon wurde je nachgewiesen.<\/p>\n\n\n\n

Fazit: Ein Gedankenspiel, das die Grenzen abtastet<\/h2>\n\n\n\n

Tachyonen sind das, was Arnold Sommerfeld vor \u00fcber 120 Jahren in ihnen sah: ein Gedankenspiel, das die Grenzen der Physik abtastet, ohne sie zu \u00fcberschreiten. Die Gleichungen der Relativit\u00e4tstheorie lassen sie als kinematische M\u00f6glichkeit zu \u2013 das ist vielleicht das eigentlich Erstaunliche. Aber die Quantenfeldtheorie macht sie als reale Teilchen h\u00f6chst problematisch, und die Natur hat sie bisher nicht hervorgebracht. Es gibt keine experimentelle Evidenz f\u00fcr sie, und die theoretischen Gr\u00fcnde \u2013 Kausalit\u00e4t, Vakuumstabilit\u00e4t, die Unm\u00f6glichkeit sauberer asymptotischer Zust\u00e4nde \u2013 sprechen dagegen.<\/p>\n\n\n\n

Was bleibt, ist eine Lektion \u00fcber den Charakter physikalischer Theoriebildung. Nicht alles, was die Mathematik erlaubt, existiert auch. Die Tachyonen sind ein Grenzfall, an dem sich zeigt, wie pr\u00e4zise die Relativit\u00e4tstheorie tats\u00e4chlich ist: Sie verbietet nicht nur das \u00dcberschreiten der Lichtgeschwindigkeit, sie macht auch die andere Seite der Mauer so unattraktiv, dass die Natur offenbar keinen Gebrauch davon macht. Und sie erinnert daran, dass physikalische Theorien nicht nur mathematisch konsistent, sondern auch mit der beobachteten Welt vereinbar sein m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n

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Quellen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Feinberg, G.: Possibility of Faster-Than-Light Particles<\/em>. Physical Review 159, 1089 (1967). doi:10.1103\/PhysRev.159.1089<\/li>\n\n\n\n
  • Tolman, R. C.: The Theory of the Relativity of Motion<\/em>. University of California Press, Berkeley (1917).<\/li>\n\n\n\n
  • Bilaniuk, O.-M., Deshpande, V. K., Sudarshan, E. C. G.: \u201eMeta“-Relativity<\/em>. American Journal of Physics 30, 718 (1962).<\/li>\n\n\n\n
  • Kirch, D.: Tachyonen<\/em>. Physikalische Bl\u00e4tter 25, 152 (1969). doi:10.1002\/phbl.19690250404<\/li>\n\n\n\n
  • Scinexx: Gibt es \u00fcberlichtschnelle Tachyonen doch?<\/em> (13. Juli 2024), basierend auf Paczos et al., arXiv-Preprint<\/li>\n\n\n\n
  • Spektrum Lexikon der Physik: Tachyon<\/em> (2007)<\/li>\n\n\n\n
  • Wikipedia: Antitelefon<\/em> (deutsche Ausgabe), mit Verweisen auf Einstein (1907\/1910) und Tolman (1917)<\/li>\n\n\n\n
  • KATRIN-Kollaboration: Direct neutrino-mass measurement with sub-electronvolt sensitivity<\/em>. Nature Physics 18, 160\u2013166 (2022). doi:10.1038\/s41567-021-01463-1<\/li>\n<\/ul>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Von DerSchneider Es gibt Ideen in der Physik, die haben eine eigent\u00fcmliche Karriere hinter sich. Sie werden geboren als mathematische Randnotiz, verschwinden f\u00fcr Jahrzehnte in der Schublade, tauchen wieder auf als Science-Fiction-Topos, werden von Experimentalphysikern gejagt und schlie\u00dflich \u2013 zumindest vorl\u00e4ufig \u2013 als das entlarvt, was sie von Anfang an waren: ein Gedankenspiel. Die Tachyonen […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[18,37],"tags":[11342,9956,10932,10495,8219,11341,11343],"class_list":["post-7700","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-im-kopf-methoden-werkzeuge","category-wissenspeicher","tag-antitelefon","tag-kausalitaet","tag-lichtgeschwindigkeit","tag-quantenfeldtheorie","tag-relativitaetstheorie","tag-tachyonen","tag-ueberlichtgeschwindigkeit"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7700","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=7700"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7700\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":7701,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/7700\/revisions\/7701"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=7700"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=7700"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/technodidact.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=7700"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}