Quantenelektrodynamik (QED)

[T-X]

Hallo,
nach längerem suchen habe ich noch kein Thema zu diesem Feld der Physik gefunden.

Worum geht es mir?
Wir behandeln momentan die 20 Jahre alte QED-Theorie von Feynman im Physikunterricht.
In seinem Buch erklärt Feynman ja eindeutig, dass Licht, egal ob sichtbares oder gar radioaktive Strahlung, aus Teilchen besteht und nicht aus Wellen, wie man im Welle-Teilchen-Dualismus annimmt.

Er gibt mehrere Experimente als Beispiel an, die den ursprünglichen Wellencharakter des Lichts leicht auch als Teilcheneigenschaft erklärt.

Somit ist die Teilchentheorie des Lichtes die absolutere von beiden, da sich alle Welleneigenschaften nun auch mit Teilchen erklären lassen, aber die Teilcheneigenschaften nicht mit Wellen erklären lassen.

Jetzt kommt der springende Punkt:
Er hat es in nachvollziehbaren und wiederholbaren Experimenten bewiesen, dass das Licht eindeutig aus Teilchen besteht, damit die Anforderungen der Physik zur beweisführung erfüllt und außerdem gibt es anscheinend keine Gegenbeweise.
Trotzdem interessiert es offensichtlich niemanden, dass man das Licht größtenteils mit Teilchen, Vektorpfeilen und Wahrscheinlichkeitsamplituden erklären kann.
Stattdessen wird überall noch der Dualismus angepriesen, der ja offensichtlich widerlegt wurde, so zum Beispiel in Schulbüchern und auch im vielgerühmten Nachschlagewerk Wikipedia, welchen noch nichteinmal ein Wort über die Veraltung des Dualismus verliert.

Was ist da los?

Für alle, die es wissen wollen, worum es geht:

Richard Feynman,
QED: The Strange Theory of Light and Matter 1985 (dt. QED. Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie 1987, ISBN 3-492-21562-9)

Diese Aufsätze gibt es auch (in engl. Sprache) irgendwo im Internet zum Anschauen, hab leider gerade keinen Link

[Pyromancer]

Worum geht es mir?
Wir behandeln momentan die 20 Jahre alte QED-Theorie von Feynman im Physikunterricht.
In seinem Buch erklärt Feynman ja eindeutig, dass Licht, egal ob sichtbares oder gar radioaktive Strahlung, aus Teilchen besteht und nicht aus Wellen, wie man im Welle-Teilchen-Dualismus annimmt.

Das der Welle-Teilchen-Dualismus ein alter Hut und überholt ist, weiß jeder, der sich auch nur am Rande mit dem Thema auseinandersetzt. Im populärwissenschaftlichen Bereich hat sich dieser Begriff aber eingenistet, weil er so schön verworren und abgehoben klingt und die Erklärung irgendwie auch eine gewissen Anziehungskraft hat ("Ist Licht jetzt Welle oder Teilchen?" - "Ha, beides!" ).

Jetzt kommt der springende Punkt:
Er hat es in nachvollziehbaren und wiederholbaren Experimenten bewiesen, dass das Licht eindeutig aus Teilchen besteht, damit die Anforderungen der Physik zur beweisführung erfüllt und außerdem gibt es anscheinend keine Gegenbeweise.

Sagen wir doch statt Teilchen Quanten, dann ist alles in Ordnung.

Trotzdem interessiert es offensichtlich niemanden, dass man das Licht größtenteils mit Teilchen, Vektorpfeilen und Wahrscheinlichkeitsamplituden erklären kann.

Quanten sind ein bisschen komplizierter als Teilchen, was man auch daran sieht, dass man in der klassischen Mechanik (die sich nunmal mit Teilchen beschäftigt) keine seltsamen Wahrscheinlichkeitsdichteamplituden, Bras und Kets braucht.

Stattdessen wird überall noch der Dualismus angepriesen, der ja offensichtlich widerlegt wurde, so zum Beispiel in Schulbüchern und auch im vielgerühmten Nachschlagewerk Wikipedia, welchen noch nichteinmal ein Wort über die Veraltung des Dualismus verliert.

Wikipedia lebt vom Mitmachen. Änder das doch einfach!

Und "widerlegt" ist auch so ein hartes Wort. Licht hat Welleneigenschaften. Licht hat Teilcheneigenschaften. Die einfachste ganzheitliche Beschreibung dieses Phänomens ist die Quantenelektrodynamik.
Die kann ich aber keinem 8-Klässler erklären. Dem erkläre ich, dass Licht eben in bestimmten Experimenten Wellen- und in anderen Experimenten Teilcheneigenschaften hat. Das ist nicht falsch, höchstens etwas einfacher als die Realität.
Aber es fordert ja hoffentlich auch niemand, in der 8. Klasse statt dem ollen Newton die ART zu lehren. Für den Alltagsgebraucht reicht der Newton nämlich völlig.

[MoNoSToNe]

Eine der Voraussagen der Quantenmechanik ist, dass alles sowohl Eigenschaften von Wellen, als auch von Teilchen besitzt. Das berühmteste Beispiel dazu ist wahrscheinlich das Doppelspaltexperiment mit Elektronen. Es wäre allerdings falsch zu behaupten, ein einzelnes Elektron wäre eine Welle, denn die Welleneigenschaft ist ein kollektives Phänomen. Soll heißen, man kann es erst beobachten wenn man mehrere Vertreter eines Partikels über einen längeren Zeitraum verfolgt. Ein einzelnes Teilchen kann kein Interferenzmuster bilden, mehrere Teilchen jedoch schon.
Dass man Licht als Welle behandeln kann und damit sinnvolle Ergebnisse bekommt steht einigermaßen fest, viele Phänomene lassen sich so einfach besser beschreiben. Und noch einmal deutlich: Wenn wir in die Welt des Allerkleinsten vordringen, kann man die Dinge weder dem einen noch dem anderen Aspekt dezitiert zuordnen.

So sehr veraltet ist der Welle-Teilchen-Dualismus übrigens nicht, er wird nur meistens falsch interpretiert, nämlich so wie ich eben sagte, dass man annimmt, dass Licht beides ist, was falsch ist, es ist keines von beiden, hat aber Eigenschaften von beiden.

[Enas Yorl]

Oh, QED die alte Geschichte, kein Grund sich darueber aufzuregen. Gerade der Physikunterricht ist ein tolles Beispiel dafuer, wie so manche physikalische Erklaerungsmodelle historisch gewachsen sind. Gerade die Schueler bekommen ja zuerst immer die einfachsten Erklaerungsmodelle vorgesetzt (was keine Kritik sein soll). Nimm zum Beispiel die Schwerkraft: Als Vorspeise gibt es Newton, der Hauptgang ist die Gravitation mit einer Prise Einstein und das Dessert ist die Kruemmung der Raumes mit seinen Auswirkungen aber den Teil bekommen sehr viele schon nicht mehr mit (brauchen die meisten Menschen auch nicht). Viele physikalische Erklaerungsansaetze bleiben haeufig auch noch lange nach ihrer Widerlegung in Gebrauch. Simpel und einfach, weil sie fuer viele Anwendungen funktionieren und die Menschen an sie gewoehnt sind.

[i_make_it]

Oder ganz einfach es gibt:
Lügen für Kinder
Lügen für Jugendliche
Lügen für Erwachsene
usw....

Je nach dem wie der Verständnisgrad der Zielgruppe ist.
Aus dem selben Grunde gibt es ja auch verschiedene Atommodelle.
Da der Reale Sachverhalt komplex ist wird es mit einer Vereinfachung erklärt.
Der Welle Teilchen Dualismus ist aus heutiger Sicht das selbe.
"Wie sage ich es meinem Kinde" ohne das es erst Quantenphysik verstehen muß?
Da es genug Erwachsene gibt die auch in der Lage sind einen Liter Wasser anbrennen zu lassen, (physikalisch, zwei linke Hände oder besser zwei linke Gehirnhälften) fällt der W-T Dualismus unter Lügen für Jugendliche & Erwachsene.

[Mondkalb]

Eine der Voraussagen der Quantenmechanik ist, dass alles sowohl Eigenschaften von Wellen, als auch von Teilchen besitzt. Das berühmteste Beispiel dazu ist wahrscheinlich das Doppelspaltexperiment mit Elektronen. Es wäre allerdings falsch zu behaupten, ein einzelnes Elektron wäre eine Welle, denn die Welleneigenschaft ist ein kollektives Phänomen. Soll heißen, man kann es erst beobachten wenn man mehrere Vertreter eines Partikels über einen längeren Zeitraum verfolgt. Ein einzelnes Teilchen kann kein Interferenzmuster bilden, mehrere Teilchen jedoch schon.

Das ist so auch nicht ganz korrekt. Man kann die Interferenzmusterbildung auch beobachten, wenn man nur einzelne Teilchen durch den Doppelspalt schickt und hinterher ihre Verteilung analysiert. Das bedeutet, dass das einzelne Quant mit sich selbst interferiert und somit Teilchen- und Welleneigenschaften vereint. (Das Elektronenquant verhält sich wie eine Welle und passiert offenbar beide Spalte gleichzeitig bzw. die Wahrscheinlichkeitswelle tut das.)

[T-X]

Wikipedia lebt vom Mitmachen. Änder das doch einfach!

Bevor ich zu diesem drastischen Schritt greifen wollte, der auch SEHR umfangreich zu sein scheint, wollte ich erstmal wissen, ob es nur mir so geht, oder vielleicht inzwischen die QED widerlegt wurde, denn in der Schule ist manches ja nicht mehr "up-to-date".

Und "widerlegt" ist auch so ein hartes Wort. Licht hat Welleneigenschaften. Licht hat Teilcheneigenschaften. Die einfachste ganzheitliche Beschreibung dieses Phänomens ist die Quantenelektrodynamik.

Strenggenommen sind es Quanten, dessen verrückte Eigenschaften man z.T. fälschlich als Welle deklariert hat

Für den Alltagsgebraucht reicht der Newton nämlich völlig.

Newton hat meines Wissens behauptet, dass Licht aus Teilchen besteht, aber seine Beweisführung war falsch.
Ich habe in der Schule auch lange Zeit gelernt, dass Lich aus Wellen besteht, erst über Compton kam die Wende

[MoNoSToNe]

Das ist so auch nicht ganz korrekt. Man kann die Interferenzmusterbildung auch beobachten, wenn man nur einzelne Teilchen durch den Doppelspalt schickt und hinterher ihre Verteilung analysiert. Das bedeutet, dass das einzelne Quant mit sich selbst interferiert und somit Teilchen- und Welleneigenschaften vereint. (Das Elektronenquant verhält sich wie eine Welle und passiert offenbar beide Spalte gleichzeitig bzw. die Wahrscheinlichkeitswelle tut das.)

Ähm, nein.

Ein einzelnes Elektron kann kein Interferenzmuster bilden, da es im konkreten Beispiel nur einen einzelnen Punkt auf der Fotoplatte erzeugt. Man kann nur nicht vorgersagen, wo genau es auf der Platte auftrifft sondern nur ermitteln wie groß die Wahrscheinlichkeit ist, dass das Elektron an einer gewissen Stelle auftrifft und diese Wahrscheinlichkeitsverteilung entspricht eben einem Interferenzmuster, das auch auf der Fotoplatte sichtbar wird, allerdings erst nach einer Bestrahlung mit ~50 000 Teilchen deutlich erkennbar ist. Ein einzelnes Teilchen teilt sich nicht am Doppelspalt und trifft dann an zwei verschiedenen Stellen gleichzeitig auf, sondern es scheint sich entscheiden (salopp formuliert) an welcher Stelle es auftreffen möchte und trifft entsprechend der Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Wahl (die Elekrtonen fällen natürlich keine Entscheidung, doch sie verhalten sich so ^^).

Strenggenommen sind es Quanten, dessen verrückte Eigenschaften man z.T. fälschlich als Welle deklariert hat

Quanten sind nun mal keine Wellen, doch sie besitzen Eigenschaften, die sich am besten mit Wellengleichungen beschreiben lassen und zwar derart gut, dass dies weiterhin seine Gültigkeit hat.

[Mondkalb]

Das ist richtig, aber die Elektronen zeigen, auch wenn sie einzeln durch den Doppespalt geschickt werden, ein Interferenzmuster. Das ist nur erklärbar, wenn sie mit sich selbst interferien, ansonsten müsste es ein zufälliges Streuungsmuster sein, wie man es auch erhält, wenn nur ein Spalt geöffnet ist. Das ist ja das verrückte an dem Experiment.

[MoNoSToNe]

Ich glaube einer missversteht hier den anderen ^^

Was meinst du mit einzeln durchgeschickt? ^^

Dass wenn man ein Elektron durchschickt, zwei Punkte auf der Platte erscheinen, oder wenn man zwei Elekrtonen durchschickt, sie an zwei völlig verschiedenen Stellen auftreffen? Das erste wäre falsch, das zweite richtig ^^

EDIT: Hab hier mal einen Link zu einer Abbildung: http://www.quantenphysik-schule.de/images/abi3.jpg

Man sieht, dass mit wenig Elektronen der Effekt praktisch nicht sichtbar ist, sondern erst nach einiger Zeit.

[i_make_it]

Ich nehm jetzt mal Photonen anstelle von Elektronen,
Aber ansonsten meint Mondkalb wohl das jedes einzelne der ~50.000 Photonen sich im Doppelspalt ganz anders verhält als bei einem Einzelspalt.
Ein Photon wird in beiden Fällen nur einen Punkt der Bildebene belichten.
Allerdings wird beim Doppelspalt für je ein beliebiges einzelnes Photon die Position das aufteffens den Wahrscheinlichkeiten des Interferenzmusters des Doppelspaltes entsprechen.
Während bei einem Einzelspalt ein Streumuster ohne Interferenz auftritt.
Womit man bei der Frage ist woher weis ein einzelnes Photon überhaupt das da ein zweiter Spalt vorhanden ist oder nicht?
War das Hawkin der gesagt hat das jemand, der behauptet Quanten zu verstehen ohne das ihm schwindelig wird, lügt?
Mir wird bei den Mistdingern immer schwindelig.

PS Eine 3-D Brille mit Polarisationfolie, Ein Laserpointer, Pappe, Papier, Tesa, ein paar Büroklammern und man kann den Doppelspaltversuch auf dem Küchentisch in Ruhe nachvollziehen.

[MoNoSToNe]

Das kannst du dich bei Elektronen auch fragen ^^

Tatsächlich ist es so, dass wenn du versuchst während dem Experiment einzelne Elektronen zu beobachten, das Interferenzmuster verschwindet ^^

[Mondkalb]

Man kann den Versuch tatsächlich mit einzelnen Elektronen oder auch Photonen durchführen. Man sammelt dann wie auch immer die Punkte, an denen das Elektron oder Photon aufgetroffen ist und erhält so ein Bild über die Zeit.
Wenn beide Spalte geöffnet sind, erhält man auch dann ein Interferenzmuster, wenn nur jeweils ein "Teilchen" unterwegs war. Das ist mit einer herkömmlichen Teilchenannahme nicht erklärbar.

[MoNoSToNe]

Wenn man nur ein Teilchen durch schickt, trifft das nur an einer Stelle auf. Es entsteht kein Muster, nur ein einzelner Punkt. Wenn viele Teilchen den Spalt passieren, erzeugen sie viele Punkte und diese ergeben in Summe ein Muster.

Ich habe irgendwie das Gefühl, du meinst das richtige, drückst dich aber etwas ungenau aus ^^

[i_make_it]

Das kannst du dich bei Elektronen auch fragen ^^

Tatsächlich ist es so, dass wenn du versuchst während dem Experiment einzelne Elektronen zu beobachten, das Interferenzmuster verschwindet ^^

Na das in der Quantenphysik keine wechselwirkungsfreie Beobachtung möglich ist, wissen wir ja seit Heißenberg.
Wir wollen ja auch nicht wissen für welchen Spalt sich das Photon entscheidet, sondern warum das kleine Scheißerchen weis das da noch ein andere Spalt da ist. es fliegt ja nicht mal eben rüber und schaut nach.
Oder etwa doch?

Ja das Elektron darf das auch machen, aber mein Laserpointer kann nur Photonen.