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ギュンター・ニムツ（1936年9月22日生まれ）は、ドイツの物理学者で、ケルン大学第2物理学研究所に所属している。彼は狭バンドギャップ半導体と液晶の研究を行ってきた。彼の主張によれば、量子トンネル効果によって粒子は光速よりも速く移動する可能性があるという。
ギュンター・ニムツはマンハイムで電気工学を、ハイデルベルク大学で物理学を学びました。ウィーン大学を卒業後、1983年にケルン大学の物理学教授に就任しました。1977年には、カナダのモントリオールにあるマギル大学で教育と研究を行う研究員を務めました。2001年に名誉教授の称号を得ました。2004年には、上海大学と北京郵電大学の客員教授を務めました。2001年から2008年までは、コブレンツ・ランダウ大学で教育と基礎研究を行いました。
1993年、ギュンター・ニムツとアヒム・エンダースは電磁無響室用の新しい吸収体を発明した。これは、不燃性のピラミッド型キャリア上に配置された厚さ10ナノメートルの金属膜に基づいている。[ 1 ]ダルムシュタットのメルク社で、ニムツはセラミックエアロゾル製造装置を設計した。[ 2 ]
Nimtz と共著者は 1992 年以来、超微分量子トンネル効果を研究してきました。[ 3 ] [ 4 ]彼らの実験では、マイクロ波を空間的に分離された 2 つのプリズムを横切るか、周波数フィルター付き導波路を通すかのいずれかでした。後者の場合、追加の小型導波路または反射格子構造が使用されました。1994 年に Nimtz と Horst Aichmann [ 5 ]はHewlett-Packardの研究所でトンネル効果の実験を行い、その後 Nimtz は[ 5 ]周波数変調 (FM) 搬送波が量子トンネル効果により光よりも 4.7 倍速く信号を伝送したと述べました。最近、この実験は Peter Elsen と Simon Tebeck によって再現され、2019 年のドイツの学生物理学コンテスト「Jugend forscht」で発表されました。[ 6 ]彼らはラインラント＝プファルツ州の第 1 位とドイツの Heraeus 賞を受賞しました。
アルフォンス・シュタールホーフェンとニムツ[ 7 ]は、マイクロ波ビームを一対のプリズムに向けて照射する実験について述べた。角度によって全反射が起こり、エバネッセント波が発生した。2番目のプリズムが最初のプリズムに近かったため、光の一部がその隙間を越えて漏れ出した。透過光も隙間の距離を伝わったにもかかわらず、透過波と反射波は同時に検出器に到達した。これが、光速を超える情報伝送の根拠となっている。
Nimtz らは、測定されたトンネル時間は障壁の前面で費やされ、障壁内部では時間がゼロであると主張した。[ 8 ] [ 9 ]この結果は、いくつかのトンネル障壁とさまざまな分野で観測された。[ 9 ]ゼロ時間トンネルはすでに複数の理論家によって計算されているが、[ 10 ]他の数学的結果は、波動関数に対する相対論的波動方程式とともに標準的な相対論的因果律[ 11 ] の概念を使用すると、完全に光速以下のプロセスになることを示している。[ 12 ]
クリス・リーは、ここには新しい物理学は関係しておらず、見かけ上の光速を超える伝送は、到着時間の測定方法（群速度か他の尺度か）を注意深く検討することで説明できると述べています。[ 13 ]ハーバート・ウィンフルによる最近の論文は、ニムツの解釈の誤りを指摘しています。[ 7 ] [ 14 ]これらの論文は、ニムツが一般相対性理論に対してかなり自明な実験的検証を提供したと主張しています。ウィンフルは、ニムツの実験には特に量子力学的な要素はなく、実際には結果は古典電磁気学（マクスウェル方程式）の予測と一致しており、ニムツ自身が小型導波管を通るトンネル効果に関する論文の1つで「したがって、マイクロ波トンネル効果、すなわち導波されたエバネッセントモードの伝搬は、マクスウェル方程式と位相時間アプローチに基づく理論によって極めて高い精度で記述できる」と書いていたと述べています。[ 14 ] (ニムツは別のところで、エバネッセントモードは虚数波数を持つため、量子トンネル効果の「数学的類似性」を表しており、[ 7 ] 「エバネッセントモードはマクスウェル方程式では完全には記述できず、量子力学を考慮に入れなければならない」と主張している。) マクスウェルの法則は特殊相対性理論を尊重しているため、ウィンフルは、これらの法則を使用して記述できる実験は、相対論的因果律違反（光速よりも速く情報を伝達することによって示唆される）を伴うことはないと主張している。彼はまた、「光速よりも速く移動するものは何も観測されなかった。測定された遅延は、障壁の両側から漏れ出す蓄積されたエネルギーの寿命である。透過遅延と反射遅延が等しいことは、対称障壁の両側から漏れ出すエネルギーに対して期待されるものである」と主張している。
トロント大学のエイフライム・M・スタインバーグも、ニムツは因果律違反（光速より速く情報を伝送することで示唆される）を実証していないと述べている。スタインバーグは古典的な議論も用いている。 [ 4 ]ニュー・サイエンティスト誌の記事で、シカゴからニューヨークへ向かう列車が途中の各駅で車両を降ろし、各停車駅で列車の中心が前進するというアナロジーを用いている。このようにして、列車の中心の速度は個々の車両の速度を上回る。[ 15 ]ハーバート・ウィンフルは、この列車のアナロジーは超光速トンネル速度の「形状変更論証」の変形であると主張しているが、この議論は実際には実験やシミュレーションによって裏付けられておらず、実際には送信パルスは入射パルスと同じ長さと形状を持つことが示されていると述べている。[ 14 ]代わりに、Winful は、トンネル効果における群遅延は実際にはパルスの通過時間 (トンネル効果を可能にするためにスペクトルが十分に狭くなるには空間長が障壁長より大きくなければならない) ではなく、障壁内部で形成される定在波に蓄積されたエネルギーの寿命であると主張している。破壊的干渉により、障壁に蓄積されたエネルギーは、同じ長さの障壁のない領域に蓄積されたエネルギーよりも小さいため、エネルギーが障壁領域から脱出する群遅延は自由空間の場合よりも短くなり、Winful によれば、これが超光速トンネル効果の説明となる。[ 16 ] [ 17 ]カットオフ周波数より低い周波数での定在波導波管セットアップでは、これが明らかに間違っていることがわかる。
これらの奇妙な解釈とは別に、量子トンネル効果は相対論的因果律の概念に違反せず、ニムツの実験（純粋に古典的な性質を持つと主張されている）もそれに違反しないと主張する論文を発表した著者もいる。[ 18 ]反対の理論的解釈もいくつか発表されている。[ 18 ] [ 19 ] [ 12 ]
ニムツらは、信号の形状と周波数スペクトルの分析により、超光速の信号速度が測定されたことが証明されており[ 20 ]、トンネル効果は特殊相対性理論の唯一の観測された違反であると主張している[ 8 ] [ 5 ] 。しかし、反対者とは対照的に、彼らはこれが原始因果律の違反にはつながらないことを明示的に指摘している。あらゆる種類の信号の時間的広がりにより、情報を過去に転送することは不可能だからである。結局のところ、彼らはトンネル効果は一般的に仮想光子、リチャード・ファインマンによって導入され、アリとカルニリアとマンデルによってエバネッセントモードで示された奇妙な粒子で説明できると主張している[ 9 ] [ 19 ] 。その意味で、ギュンター・ニムツ[ 5 ]とハーバート・ウィンフルが行ったように、ヘルムホルツ方程式とシュレーディンガー方程式で虚数トンネル波数を計算するのが一般的である。[ 21 ]しかし、ニムツは、最終的なトンネル時間は常にウィグナー位相時間アプローチによって得られたことを強調している。[ 5 ] [ 22 ]ギュンター・ニムツは、このようなエバネッセントモードは古典的に禁止されたエネルギー領域にのみ存在すると概説している。[ 9 ] [ 5 ]その結果、それらは古典物理学でも特殊相対性理論の仮説でも説明できない。エバネッセントモードの負のエネルギーは、虚数波数、すなわちマクスウェル関係式による虚数屈折率から生じる。電磁場と弾性場の場合。ニムツ[ 23 ]は、トンネル効果が特殊相対性理論に実際に反しており、他のいかなる記述も誤りであると明示的に指摘している。すべての波はトンネル時間がゼロである。[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]また、障壁は時間のない巨視的空間と見なすことができる。[ 27 ]ウィンフルスのトンネルモデルは正しくない。最近、光子波束とシュレーディンガー波束を用いたいくつかの実験で、すべての波がトンネル時間がゼロであることが証明された。[ 24 ]
スイスのケラーグループは後に、粒子トンネル現象は実際にゼロ実時間で起こると主張した。彼らの実験ではトンネル電子が用いられ、トンネル時間の相対論的予測は500〜600アト秒（1アト秒は100京分の1秒）であるべきだとグループは主張した。測定できたのは24アト秒のみで、これは実験精度の限界である。[ 28 ]しかし、粒子が障壁内で異常に短い時間しか滞在しないように見えるトンネル実験は、実際には相対性理論と完全に両立すると考える物理学者もいる。[ 12 ]ただし、その説明が波束の再形成によるものか、他の効果によるものかについては意見が分かれている。[ 16 ] [ 17 ] [ 29 ]
電子のトンネル時間がゼロであるというこの主張は、量子トンネル効果は完全に光速以下の効果である（つまり、相対論的因果律の標準的な概念[ 11 ]と一致し、情報の光速を超える伝播にはつながらない）という既知の事実と明らかに矛盾している。これは、相対論的ディラック方程式でモデル化した場合に起こる。[ 30 ] [ 12 ]したがって、相対論的トンネル効果をモデル化するためにディラック方程式を無視するか、実験結果の解釈を、波動関数が将来の光円錐エンベロープを超えて伝播できないという標準的な教科書の相対論的因果律の概念と一致させる必要がある。[ 11 ] [ 30 ] [ 12 ]
ニムツの解釈は、次の理論に基づいている。ファインマン光子伝播関数において、光子が光速と全く同じ速度で移動する確率が最も高いことを意味する。しかし、短い時間スケールと長さスケールでは、「仮想光子」として特殊相対性理論の法則に違反する確率はゼロではない。トンネル効果を使用して宇宙論的に関連する時間スケールで情報を伝送することは不可能であるが（古典的に禁止されている領域が大きすぎるとトンネル効果の確率が単純に小さすぎる）、短い時間スケールと長さスケールでは、トンネル光子は仮想粒子としての性質により光速よりも速く伝播することが許される。光子の角周波数ωが光速cと波動運動量pの積に等しくない場合でも、光子の伝播確率はゼロではない。[ 31 ] [ 32 ] Nimtzは信号とFTLトンネル実験の解釈についてより詳細に書いている。[ 9 ] [ 22 ]
ギュンター・ニムツの実験結果は1990年代初頭から十分に文書化されているが、これらの結果の意味に関する彼の解釈は、非常に議論の多いトピックとなっている[ 33 ] 。多くの研究者はそれを誤りだと考えている（上記「科学的な反対者とその解釈」を参照）。ゼロ時間トンネル効果に関する反対研究もいくつか発表されている[ 10 ] 。ほとんどの教科書や論文で提示されているFTLトンネル信号の一般的な説明は、ブリルアンや他の重要な物理学者による最終的な結論に修正されている[ 22 ] 。
