Quantenobjekte und Feld - Fragen und Diskussion

[Halman]

Newton erklärte das Licht mithilfe von Korpuskeln, also Teilchen, bis Thomas Young mit seinem Doppelspaltexperiment im Jahre 1801 wieder eine Entscheidung zugunsten der Wellentheorie brachte, da sich Interferenzmuster zeigten.
Seltsamerweise stellte man später fest, dass dies sogar mit einzelnen Quanten der Fall ist, sowohl mit Photonen, wie auch mit einzelnen Elektronen.
Wie will man mit der Wellentheorie erklären, dass einzelne Quanten auf den Weg geschickt werden? Wie will man mit der Planck'schen Quantenhypthese und der Einstein'schen Photonentheorie die Interferenzmuster erklären?
Was sind Photonen denn nun? Wellen oder Teilchen?
Auch Elektronen sind ebenso skurril. Bestrahlt man sie beim Doppelspaltexperiment mit Röntgenstrahlung, verschwindet das Interferenzmuster, als würden sich die Elektronen für ihre Welleneigenschaften schämen. Aber wenn man nicht hinschaut, verhalten sie diese Elementarteilchen plötzlich wie Wellen. Also was sind Elektronen denn nun.
Richard Feyman drückte es so aus: "Es ist keins von beiden."

Also muss ich mir bei der Betrachtung von Quantenobjekten wohl von der Vorstellung lösen, sie als Teilchen oder/und Wellen im realen Sinne zu betrachten. Diese Arbeitsmodelle sind dem Makrokosmos entnommen und entsprechen unserer Erfahrungswelt, doch können sie niemals wirklich angemessen die Natur von Quantenobjekten wirklich beschreiben.

Bin ich auf der richtigen Spur, wenn ich davon ausgehe, dass man das Wellenverhalten von Quantenobjekten (z. B. das Interferieren eines einzelnen Elektrons im Doppelspaltexperiment?) nur mithilfe des EM-Feldes verstehen kann?

[irony]

Es gibt noch eine alternative Interpretation der Quantenmechanik : De-Broglie-Bohm-Theorie - Wikipedia

Interessant auf dieser Seite ist

Abbildung 1: Simulation einiger bohmscher Trajektorien beim Doppelspalt. Die Teilchen werden durch die Wellenfunktion geleitet, die am Doppelspalt interferiert. Auf diese Weise kommt es zu dem bekannten Interferenzmuster, obwohl eine Bewegung von Teilchen beschrieben wird.

Das Bild dazu auf der Seite ist sehr interessant.

Vielleicht findet man irgendwo noch einfachere, bessere Erklärungen, was der Unterschied zur üblichen Interpretation der Quantenmechanik ist.

[Agent Scullie]

Newton erklärte das Licht mithilfe von Korpuskeln, also Teilchen, bis Thomas Young mit seinem Doppelspaltexperiment im Jahre 1801 wieder eine Entscheidung zugunsten der Wellentheorie brachte,

eigentlich kann man davon ausgehen, dass Newton das Licht maximal bis zu seinem Tode mit Korpuskeln erklärte. Danach wird er gar nichts mehr erklärt haben. Newton starb 1727 - das sind einige Jahrzehnte vor Youngs Entdeckung.

Seltsamerweise stellte man später fest, dass dies sogar mit einzelnen Quanten der Fall ist, sowohl mit Photonen, wie auch mit einzelnen Elektronen.
Wie will man mit der Wellentheorie erklären, dass einzelne Quanten auf den Weg geschickt werden?

gar nicht. Dafür hat man die Quantentheorie aufgestellt.

Wie will man mit der Planck'schen Quantenhypthese und der Einstein'schen Photonentheorie die Interferenzmuster erklären?

durch die Welleneigenschaften der Quantenobjekte.

Was sind Photonen denn nun? Wellen oder Teilchen?

Quanten.

Auch Elektronen sind ebenso skurril. Bestrahlt man sie beim Doppelspaltexperiment mit Röntgenstrahlung, verschwindet das Interferenzmuster, als würden sich die Elektronen für ihre Welleneigenschaften schämen.

keineswegs. Die Welleneigenschaften der Elektronen führen nicht notwendigerweise zu einem Interferenzmuster beim Doppelspalt. Wenn die Wellenfunktion eines Elektrons an nur einem der beide Spalte lokalisiert ist, gibt's auch kein Interferenzmuster, die Welleneigenschaft sind aber unveränderterweise da.

Aber wenn man nicht hinschaut, verhalten sie diese Elementarteilchen plötzlich wie Wellen.

das tun sie auch wenn man hinschaut. Auch wenn das Hinschauen zu stärkerer Lokalisierung führt.

Also was sind Elektronen denn nun.
Richard Feyman drückte es so aus: "Es ist keins von beiden."

keins von beidem im klassischen Sinne.

Also muss ich mir bei der Betrachtung von Quantenobjekten wohl von der Vorstellung lösen, sie als Teilchen oder/und Wellen im realen Sinne zu betrachten.

im klassischen Sinne. Sie sind Teilchen und Wellen im realen Sinne, nur nicht im klassischen.

Bin ich auf der richtigen Spur, wenn ich davon ausgehe, dass man das Wellenverhalten von Quantenobjekten (z. B. das Interferieren eines einzelnen Elektrons im Doppelspaltexperiment?) nur mithilfe des EM-Feldes verstehen kann?

nein, da liegst du völlig falsch. Die Wellenfunktion eines Elektrons z.B. hängt mit einem Elektronenfeld, beschrieben durch die Dirac-Gleichung, zusammen, nicht mit dem EM-Feld. Mit dem EM-Feld hat sie nur insofern zu tun, als dass das Elektronenfeld an das EM-Feld koppelt. Und natürlich insofern, dass das EM-Feld das erste Feld ist, das man entdeckt hat, und man zahlreiche Eigenschaften, die man beim EM-Feld vorgefunden hat, dann auch anderen Feldern, u.a. eben dem Elektronenfeld, zugeschrieben hat. Auf die Idee z.B., dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte für ein Elektron durch das Betragsquadrat |psi|² von dessen Wellenfunktion gegeben ist, kam man dadurch, dass beim EM-Feld die Energiedichte proportional zum Quadrat der Feldstärke ist.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 5 Minuten und 41 Sekunden:

Es gibt noch eine alternative Interpretation der Quantenmechanik :

"noch eine" neben welcher? Die mittlerweile unüberschauber große Sammlung an Interpretationen der Quantentheorie lässt sich grob in drei Kategorien einteilen: 1. Kopehagener Deutung (Kollaps der Wellenfunktion bzw. des Zustandsvekors), 2. Deutung der verborgenen Parameter, 3. Vieleweltendeutung. Die Bohmsche Mechanik ist eine Variante der verborgenen Parameter.

[MoNoSToNe]

Wobei das mit den verborgenen Parametern meines Wissens nach bereits durch den experimentellen Nachweis der Verletzung der Bell'schen Ungleichung widerlegt wurde.

[irony]

Wobei das mit den verborgenen Parametern meines Wissens nach bereits durch den experimentellen Nachweis der Verletzung der Bell'schen Ungleichung widerlegt wurde.

Dazu zwei Zitate von De-Broglie-Bohm-Theorie ? Wikipedia :

Seit den 1970er-Jahren gehörte der irische Physiker John Stewart Bell zu den wenigen prominenten Physikern, die sich für die bohmsche Mechanik eingesetzt haben.

Nichtlokalität
Da die Wellenfunktion auf dem Konfigurationsraum R3N (mit N der Teilchenanzahl) definiert ist, verknüpft die Führungsgleichung im Prinzip die Bewegung individueller Teilchen mit dem Ort aller anderen zum selben Zeitpunkt. Auf diese Weise können auch raumartig getrennte Objekte einander beeinflussen, d.h. diese Form der Wechselwirkung geschieht mit Über-Lichtgeschwindigkeit, sogar instantan. Durch diesen Mechanismus erklärt die bohmsche Mechanik den EPR-Effekt bzw. die Verletzung der Bellschen Ungleichung.

So weit ich weiß, ist die bohmsche Interpretation nicht widerlegt:

Die De-Broglie-Bohm-Theorie oder auch bohmsche Mechanik ist – je nach Definition der Begriffe – eine alternative Interpretation bzw. Modifikation der Quantenmechanik. Sie reproduziert alle Vorhersagen der (nicht-relativistischen) Quantenmechanik, hat aber ein radikal abweichendes Wirklichkeitsverständnis zur Grundlage.

[Agent Scullie]

Wobei das mit den verborgenen Parametern meines Wissens nach bereits durch den experimentellen Nachweis der Verletzung der Bell'schen Ungleichung widerlegt wurde.

das trifft für sogenannte lokale verborgene Parameter zu, d.h. solche, zwischen keine Informationsaustausch mit Überlichtgeschwindigkeit auftritt (genau solche hatte Einstein auch im Sinn gehabt, als er die Idee der verborgenen Parameter entwickelte). In der Bohmschen Mechanik sind die verborgenen Parameter aber nicht-lokal, d..h. es sind Wirkungsausbreitungen mit Überlichtgeschwindigkeit zugelassen, insofern widerspricht die Bohmsche Mechanik auch der Relativitätstheorie.

[irony]

das trifft für sogenannte lokale verborgene Parameter zu, d.h. solche, zwischen keine Informationsaustausch mit Überlichtgeschwindigkeit auftritt (genau solche hatte Einstein auch im Sinn gehabt, als er die Idee der verborgenen Parameter entwickelte). In der Bohmschen Mechanik sind die verborgenen Parameter aber nicht-lokal, d..h. es sind Wirkungsausbreitungen mit Überlichtgeschwindigkeit zugelassen, insofern widerspricht die Bohmsche Mechanik auch der Relativitätstheorie.

Es heißt dort (Wikipedia)

Da die Wellenfunktion auf dem Konfigurationsraum R^3N (mit N der Teilchenanzahl) definiert ist, verknüpft die Führungsgleichung im Prinzip die Bewegung individueller Teilchen mit dem Ort aller anderen zum selben Zeitpunkt. Auf diese Weise können auch raumartig getrennte Objekte einander beeinflussen, d.h. diese Form der Wechselwirkung geschieht mit Über-Lichtgeschwindigkeit, sogar instantan. Durch diesen Mechanismus erklärt die bohmsche Mechanik den EPR-Effekt bzw. die Verletzung der Bellschen Ungleichung. Aufgrund der Quantengleichgewichtshypothese ist eine Signalübermittlung mithilfe dieser Korrelationen jedoch nicht möglich. Diese Form der „Einstein-Lokalität“ wird also sehr wohl respektiert.

Man muss schon genau hinschauen, was dort mit Überlichtgeschwindigkeit passiert und was nicht.
Im Wesentlichen ist es dieses spezielles Führungsfeld der Teilchen, was instantant funktioniert.
Irgendeine Erklärung der Nichtlokalität der Quantenphysik muss es ja auch geben.

[Halman]

eigentlich kann man davon ausgehen, dass Newton das Licht maximal bis zu seinem Tode mit Korpuskeln erklärte. Danach wird er gar nichts mehr erklärt haben. Newton starb 1727 - das sind einige Jahrzehnte vor Youngs Entdeckung.

Oh - ja, natürlich. (Aber irgendwie ist Newton ja auch unsterblich geworden.)

gar nicht. Dafür hat man die Quantentheorie aufgestellt.

... die populärwissenschaftlich verwirrend erläutert wird. Da wird einen etwas von verrückten Teilchen erzählt, aber die Felder bleiben i. d. R. unerwähnt.

keineswegs. Die Welleneigenschaften der Elektronen führen nicht notwendigerweise zu einem Interferenzmuster beim Doppelspalt. Wenn die Wellenfunktion eines Elektrons an nur einem der beide Spalte lokalisiert ist, gibt's auch kein Interferenzmuster, die Welleneigenschaft sind aber unveränderterweise da.

In welchem Fall ist denn die Wellenfunktion des Elektrons nur an einem der beiden Spalte lokalisiert?
Die Ankunftswahrscheinlichkeit bei einem Experiment mit nur einem offenen Spalt passt doch gut zum Teilchenmodell. Die auftretende Beugung am Spalt könnte man ja auch mit der Unschärferelation erklären.
Aber sobald da ein weiterer Spalt geöffnet wird, zeigt sich das Interferenzmuster. Woher weiß das Elektron, dass da noch ein Spalt offen ist? Hängt das mit dem Elektronenfeld zusammen?

das tun sie auch wenn man hinschaut. Auch wenn das Hinschauen zu stärkerer Lokalisierung führt.

Naja, die Energie von Röntgenphotonen zwecks Lokalisierung von Elektronen ist natürlich gemäß p=hv/c so hoch, dass dies eine erhebliche Impulsänderung der Elektronen zur Folge hat. Daher verschwindet das Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlung. Die Bahn der Elektronen kann nun gut bestimmt werden (der Wert für Δx ist klein), nicht aber ihr Impuls Δp. Je besser man die Elektronen lokalisiert, desto ungenauer wird die Impulsbestimmung.
Verwendet man niederfrequente Strahlung zur Lokalisierung, ist eine Zuordnung der Elektronen zum Spalt nicht mehr möglich, der Wert für Δx ist nun sehr groß).

So habe ich jedenfalls das Buch Skurrile Quantenwelt verstanden, welches ich zurzeit lese. Aber da es sehr viel Mathematik enthält, ist es sehr schwere Kost für mich. Daher beginne ich damit, nur einfache Variablen und kleine Formeln zu verwenden. (Jeder fängt mal klein an. )

keins von beidem im klassischen Sinne.

im klassischen Sinne. Sie sind Teilchen und Wellen im realen Sinne, nur nicht im klassischen.

Das Quantenobjekte keine Teilchen im klassischen Sinn sind, muss man erstmal begreifen. Es gibt ja nichts vergleichbares in der Welt des Makrokosmos.

An dieser Stelle möchte ich eine kleine Kostprobe aus dem Buch "Skurrile Quantenwelt" zitieren:

Zitat von Silvia Arroyo Camejo:
Wären wir hingegen Objekte des Mikrokosmos, die in einer Größenordnung von 10^-10 m, also ungefähr dem Durchmesser eines Atoms, hausten, so würden uns diese verwunderlichen, fremdartigen Quantenphänomene durchaus nicht seltsam erscheinen, sondern wären purer Alltag. Kommen uns doch die Skurrilität und Paradoxie der Quantenobjekte nur deshalb als solche vor, da wir sie aus unserer makroskopischen Welt einfach nicht gewohnt sind. (Tja, ein Proton müsste man sein: Dann würde man die Quantenphysik verstehen, wäre immer positiv drauf und hätte eine nahezu unendliche Lebenszeit:-))
Das Elektron ist also weder eine Welle noch ist es ein Teilchen, es ist schlicht und ergreifend - ein Quantenobjekt!

nein, da liegst du völlig falsch. Die Wellenfunktion eines Elektrons z.B. hängt mit einem Elektronenfeld, beschrieben durch die Dirac-Gleichung, zusammen, nicht mit dem EM-Feld. Mit dem EM-Feld hat sie nur insofern zu tun, als dass das Elektronenfeld an das EM-Feld koppelt. Und natürlich insofern, dass das EM-Feld das erste Feld ist, das man entdeckt hat, und man zahlreiche Eigenschaften, die man beim EM-Feld vorgefunden hat, dann auch anderen Feldern, u.a. eben dem Elektronenfeld, zugeschrieben hat. Auf die Idee z.B., dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte für ein Elektron durch das Betragsquadrat |psi|² von dessen Wellenfunktion gegeben ist, kam man dadurch, dass beim EM-Feld die Energiedichte proportional zum Quadrat der Feldstärke ist.

Naja, das EM-Feld ist das erste, welches ich kennen lerne. Du schriebst ja schon mal, dass es viele Felder gibt. Ehrlich gesagt, verwirrt mich das alles sehr, weil mir dies von der Populärwissenschaft nicht geläufig ist.

Die mittlerweile unüberschauber große Sammlung an Interpretationen der Quantentheorie lässt sich grob in drei Kategorien einteilen: 1. Kopehagener Deutung (Kollaps der Wellenfunktion bzw. des Zustandsvekors), 2. Deutung der verborgenen Parameter, 3. Vieleweltendeutung. Die Bohmsche Mechanik ist eine Variante der verborgenen Parameter.

Wie ist die Kopehagener Deutung, wo man auf verborgene Parameter oder die Vieleweltendeutung verzichtet? Das hängt mir der Heisenberg'schen Unschärferelation zusammen, richtig?

[irony]

Wie ist die Kopehagener Deutung, wo man auf verborgene Parameter oder die Vieleweltendeutung verzichtet? Das hängt mir der Heisenberg'schen Unschärferelation zusammen, richtig?

Mit der Unschärferelation hat das weniger zu tun. Die Unverträglichkeit der Annahme von lokalen verborgenen Parametern mit verschiedenen Experimenten im Lichte der Kopenhagener Interpretation ergibt sich über die Bellsche Ungleichung, wobei ich die Wikipediaseite hierzu nicht besonders gelungen finde.

[Agent Scullie]

In welchem Fall ist denn die Wellenfunktion des Elektrons nur an einem der beiden Spalte lokalisiert?

z.B. dann wenn man sie so präpariert hat. Das ist z.B. dann der Fall, wenn man vor jedem Spalt eine Blasenkammer aufstellt, in der das Teilchen beim Hindurchfliegen eine Spur hinterlässt, und dadurch überprüft, durch welchen Spalt es tritt. Bildet sich die Spur in der linken Blasenkammer, geht das Teilchen links hindurch, und seine Wellenfunktion ist dann am linken Spalt lokalisiert.

Die Ankunftswahrscheinlichkeit bei einem Experiment mit nur einem offenen Spalt passt doch gut zum Teilchenmodell.

ebenso wie zum Wellenmodell.

Die auftretende Beugung am Spalt könnte man ja auch mit der Unschärferelation erklären.

durch was denn sonst?

Aber sobald da ein weiterer Spalt geöffnet wird, zeigt sich das Interferenzmuster.

nur wenn die Wellenfunktion über beide Spalte delokalisiert ist.

Woher weiß das Elektron, dass da noch ein Spalt offen ist?

durch seine Wellenfunktion. Wenn beide Spalte offen sind und die Wellenfunktion über beide delokalisiert ist, tritt sie durch beide Spalte, so dass hinter dem Doppeltspalt zwei Anteile der Wellenfunktion interferieren können.

Naja, die Energie von Röntgenphotonen zwecks Lokalisierung von Elektronen ist natürlich gemäß p=hv/c so hoch, dass dies eine erhebliche Impulsänderung der Elektronen zur Folge hat. Daher verschwindet das Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlung. Die Bahn der Elektronen kann nun gut bestimmt werden (der Wert für Δx ist klein), nicht aber ihr Impuls Δp. Je besser man die Elektronen lokalisiert, desto ungenauer wird die Impulsbestimmung.
Verwendet man niederfrequente Strahlung zur Lokalisierung, ist eine Zuordnung der Elektronen zum Spalt nicht mehr möglich, der Wert für Δx ist nun sehr groß).

So habe ich jedenfalls das Buch Skurrile Quantenwelt verstanden,

diese Erklärung der Wellenfunktion anhand des Compton-Effekts halte ich nicht für besonders gut. Dass sich der Impuls eines Elektrons stark verändert, wenn ein hochenergetisches Röntgenphoton an ihm streut, macht ja nicht deutlich, dass der Impuls danach unscharf ist. Auch ein hoher Impuls kann ja scharf sein.
Die Erklärung der Unschärferelation über die Wellenfunktion in Orts- und Impulsraumdarstellung und die Fourier-Trafo ist da sehr viel einsichtiger.

An dieser Stelle möchte ich eine kleine Kostprobe aus dem Buch "Skurrile Quantenwelt" zitieren:

die Darstellung ist auch nicht besonders glücklich. Die Quantentheorie legt keine Größenskala fest (im Unterschied etwa zur Quantengravitation mit der Planck-Skala), deswegen ist es egal, ob man sich in einer Größenordnung von 10^-10 m oder 10^+10 m bewegt. Worauf es ankommt, ist, dass unsere Alltagswahrnehmung noch weitaus ungenauer ist als die Unschärferelation erzwingen würde.

Wie ist die Kopehagener Deutung, wo man auf verborgene Parameter oder die Vieleweltendeutung verzichtet?

die Kopenhagener Deutung ist so, dass bei einer Messung ein Kollaps der Wellenfunktion eintritt. Ist z.B. die Wellenfunktion eines Elektron über zwei Spalte delokalisiert, und misst man mittels einer Blasenkammer, an welchem Spalt sich das Elektron aufhält, kollabiert die delokalisierte Wellenfunktion zu einer stark an einem der beiden Spalte lokalisierten Wellenfunktion.

Das hängt mir der Heisenberg'schen Unschärferelation zusammen, richtig?

mit der hängen alle Deutungen zusammen.

[Halman]

Wie ein Blinder taste ich mich durch die skurrile Welt der Quanten

Mit der Unschärferelation hat das weniger zu tun.

Offenbar doch

mit der hängen alle Deutungen zusammen.

Die Unverträglichkeit der Annahme von lokalen verborgenen Parametern mit verschiedenen Experimenten im Lichte der Kopenhagener Interpretation ergibt sich über die Bellsche Ungleichung, wobei ich die Wikipediaseite hierzu nicht besonders gelungen finde.

Mein Eindruck ist, dass die Wikipediaseiten über Physik nur für Leute geschrieben wurden, die es eigentlich gar nicht mehr nötig haben nachzuschlagen.

z.B. dann wenn man sie so präpariert hat. Das ist z.B. dann der Fall, wenn man vor jedem Spalt eine Blasenkammer aufstellt, in der das Teilchen beim Hindurchfliegen eine Spur hinterlässt, und dadurch überprüft, durch welchen Spalt es tritt. Bildet sich die Spur in der linken Blasenkammer, geht das Teilchen links hindurch, und seine Wellenfunktion ist dann am linken Spalt lokalisiert.

Okay, dieser Fall wird im Buch Skurrile Quantenwelt nicht behandelt. Aber die Quantenwelt ist wirklich skurril. Also bildet sich dann auch kein Interferenzmuster? Wie können denn die Blasenkammern einen solchen Einfluss ausüben?

Angenommen, man würde die Blasenkammern hinter den Spalten anbringen (wurde das schon gemacht?), würde man dann Spuren in beiden Kammern messen?

ebenso wie zum Wellenmodell.

Mag sein. Mein kürzlich erlesendes Miniwissen sagt mir folgendes: Da sich bei nur einem Spalt kein Interferenzmuster bildet, ergibt sich eine Ankunftswahrscheinlichkeit, die man gut mit dem Teilchenmodell erklären kann. Erst die Interferenz macht AFAIK die Deutung über das Wellenmodell notwendig. Denn Teilchen können nicht interferieren, dass können nur Wellen.

durch was denn sonst?

Dann bin ich hier also auf der richtigen Spur. Wie ein Blinder taste ich mich durch die skurrile Welt der Quanten.
Dann ist die Unschärferelation von so grundlegender Bedeutung für die Quantenphysik, dass man diese verstehen muss, um weiter zu kommen.

nur wenn die Wellenfunktion über beide Spalte delokalisiert ist.

Laut dem Buch, dass ich zurzeit lese, scheint dies automatisch der Fall zu sein, sobald beide Spalten offen sind.

durch seine Wellenfunktion. Wenn beide Spalte offen sind und die Wellenfunktion über beide delokalisiert ist, tritt sie durch beide Spalte, so dass hinter dem Doppeltspalt zwei Anteile der Wellenfunktion interferieren können.

Es ist irgendwie seltsam, dass die Anteile der Wellenfunktion eines nicht teilbaren Elektrons auf beide Spalte aufgeteilt sein kann.

diese Erklärung der Wellenfunktion anhand des Compton-Effekts halte ich nicht für besonders gut. Dass sich der Impuls eines Elektrons stark verändert, wenn ein hochenergetisches Röntgenphoton an ihm streut, macht ja nicht deutlich, dass der Impuls danach unscharf ist. Auch ein hoher Impuls kann ja scharf sein.
Die Erklärung der Unschärferelation über die Wellenfunktion in Orts- und Impulsraumdarstellung und die Fourier-Trafo ist da sehr viel einsichtiger.

Das glaube ich Dir. Aber auf dieses Wissen kann ich nicht zurückgreifen. Bisher habe ich folgende Kapitel gelesen:

1. Licht und Materie
2. Die Herkunft des Planck'schen Wirkungsquantums
3. Der photoelektrische Effekt
4. Das Doppelspaltexperiment
5. Das Doppelspaltexperiment mit Elektronen
6. Der Compton-Effekt
7. Die Heisenberg'sche Unschärferelation

die Darstellung ist auch nicht besonders glücklich. Die Quantentheorie legt keine Größenskala fest (im Unterschied etwa zur Quantengravitation mit der Planck-Skala), deswegen ist es egal, ob man sich in einer Größenordnung von 10^-10 m oder 10^+10 m bewegt. Worauf es ankommt, ist, dass unsere Alltagswahrnehmung noch weitaus ungenauer ist als die Unschärferelation erzwingen würde.

Worüber ich mich im Buch doch sehr verwunderte, war, dass selbst Moleküle, wie das Fullerenmoleküle, die aus immerhin 60 oder mehr Atomen betehen, Interferenzmuster bilden. Erreichen wir hier die Grenze unserer Genauigkeit?

die Kopenhagener Deutung ist so, dass bei einer Messung ein Kollaps der Wellenfunktion eintritt. Ist z.B. die Wellenfunktion eines Elektron über zwei Spalte delokalisiert, und misst man mittels einer Blasenkammer, an welchem Spalt sich das Elektron aufhält, kollabiert die delokalisierte Wellenfunktion zu einer stark an einem der beiden Spalte lokalisierten Wellenfunktion.

Der >Kollaps der Wellenfunktion< ist mein nächtes Thema im Buch. Also sollte ich an dieser Stelle wohl fleißig weiterlesen.

[Agent Scullie]

Mein Eindruck ist, dass die Wikipediaseiten über Physik nur für Leute geschrieben wurden, die es eigentlich gar nicht mehr nötig haben nachzuschlagen.

das ist eigentlich von Seite zu Seite verschieden. Man merkt, dass da viele verschiedene Autoren am Werk sind.

Okay, dieser Fall wird im Buch Skurrile Quantenwelt nicht behandelt. Aber die Quantenwelt ist wirklich skurril. Also bildet sich dann auch kein Interferenzmuster? Wie können denn die Blasenkammern einen solchen Einfluss ausüben?

indem sie Messapparate für Ortsmessungen sind. Misst man, dass sich ein Teilchen in einem bestimmten Raumvolumen Delta_x * Delta_y * Delta_z befindet, wird die Wellenfunktion des Teilchens als auf dieses Raumvolumen lokalisiert präpariert. Wie der Messvorgang zur Präparation führt, ist Gegenstand der Interpretationen der Quantentheorie.
Nach Kopenhagen z.B. kollabiert die Wellenfunktion, alle Anteile der Wellenfunktion außerhalb des Raumvolumens, in dem das Teilchen nachgewiesen wurde, werden vernichtet.

Angenommen, man würde die Blasenkammern hinter den Spalten anbringen (wurde das schon gemacht?),

das führt zu dem gleichen Resultat wie wenn man sie vor die Spalte stellt.

Dann ist die Unschärferelation von so grundlegender Bedeutung für die Quantenphysik, dass man diese verstehen muss, um weiter zu kommen.

die Unschärferelation ist eigentlich nicht so wichtig, es kommt auf das Konzept der Wellenfunktion an, daraus ergibt sich die Unschärferelation dann von selbst.

Laut dem Buch, dass ich zurzeit lese, scheint dies automatisch der Fall zu sein, sobald beide Spalten offen sind.

nur wenn man die Wellenfunktion entsprechend präpariert hat. Wenn man z.B. einen Laserstrahl auf nur einen Spalt fallen lässt, kann der zweite offen sein so viel er will, es bildet sich trotzdem kein Interferenzmuster.

Es ist irgendwie seltsam, dass die Anteile der Wellenfunktion eines nicht teilbaren Elektrons auf beide Spalte aufgeteilt sein kann.

wenn man erst einmal zugrundelegt, dass ein Elektron durch eine Wellenfunktion beschreibbar ist, ist daran gar nichts seltsam. Die Unteilbarkeit bezieht sich nicht auf eine räumliche Zerlegung der Wellenfunktion.

Worüber ich mich im Buch doch sehr verwunderte, war, dass selbst Moleküle, wie das Fullerenmoleküle, die aus immerhin 60 oder mehr Atomen betehen, Interferenzmuster bilden. Erreichen wir hier die Grenze unserer Genauigkeit?

ist das eine Frage?

[irony]

Offenbar doch

Die Unschärferelation ist allgemein superwichtig für die Quantenphysik, aber hier beim Problem der lokalen verborgenen Parameter steht sie nicht im Vordergrund. Entscheidend ist die Herleitung einer Bellschen Ungleichung, die durch Einsetzen experimentell ermittelter Werte verletzt wird und so die Annahme von lokalen verborgenen Parametern widerlegt.

[Dannyboy]

Der >Kollaps der Wellenfunktion< ist mein nächtes Thema im Buch. Also sollte ich an dieser Stelle wohl fleißig weiterlesen

Der Kollaps der Wellenfunktion gehört wohl zu den Themen, die die meisten Esoterikblüten treiben.
Der Kollaps erfordert eine Art Wechselwirkung mit einen "Beobachter". Der "Beobachter" wird von vielen in absurder Weise mit dem Wissenschaftler/Menschen/intelligenter Entität gleichgesetzt. Manchmal sogar mit Gott.
Man denke nur an das Gedankenexperiment von "Schrödingers Katze", das von einigen wörtlich genommen wird.

[irony]

Man denke nur an das Gedankenexperiment von "Schrödingers Katze", das von einigen wörtlich genommen wird.

Wie ist das eigentlich mit einem "Wärmebad" ? Zerstört das nicht auch Phasenkorrelationen und bewirkt eine Dekohärenz eines Systems, das sich in einem verschränkten Zustand befindet ? Schrödingers Katze kann eigentlich gar nicht in einem solchen Zustand "weder tot noch lebendig" sein, und ein Beobachter ist dabei gar nicht erforderlich.