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Vieweg+Teubner eBooks

Der Dualismus Teilchen-Welle

F. Selleri

Published Jan 1, 1983• 0 citations
Publisher

Abstract

Einige Experimente besagen, daß das Elektron sehr ausgedehnt ist. Andere Experimente zeigen, daß das Elektron extrem klein ist. Ahnliches trifft für Lichtquanten, Protonen, Neutronen oder auch Mesonen zu. Alle mikroskopischen Objekte scheinen eine Doppelnatur aufzuweisen, wobei sich ihre Ausdehnung in Form von Wellen und ihre Lokalisierung in Form von Teilchen bemerkbar macht. Was bedeutet dies? In bezug auf diesen Punkt wurde zwischen den Begründern der modernen Physik keine Übereinstimmung erzielt und man weigerte sich einfach, diese Frage zu stellen. Die Zeiten haben sich geändert — und zu Beginn diskutieren wir hier sechs verschiedene Deutungen des Dualismus Teilchen-Welle zusammen mit einigen neueren experimentellen Ergebnissen.

DOI
10.1007/978-3-322-88796-2_4

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Der Dualismus Teilchen — Welle

F. Selleri

Einige Experimente besagen, daß das Elektron sehr ausgedehnt ist. Andere Experimente zeigen, daß das Elektron extrem klein ist. Ähnliches trifft für Lichtquanten, Protonen, Neutronen oder auch Mesonen zu. Alle mikroskopischen Objekte scheinen eine Doppelnatur aufzuweisen, wobei sich ihre Ausdehnung in Form von Wellen und ihre Lokalisierung in Form von Teilchen bemerkbar machen.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1990•0 citations

Welle und Teilchen

Gerd Otter, Raimund Honecker

Das grundlegende Verständnis von Licht einerseits und massebehafteten Teilchen andererseits beruht auf dem Welle-Teilchen Dualismus. Dieser Dualismus besagt, daß auf der einen Seite das Licht, das dem Kenner der klassischen Physik nur in der Form einer elektromagnetischen Welle begegnet, je nach den äußeren Beobachtungsbedingungen auch wie ein örtlich konzentriertes Teilchen erscheinen kann, und umgekehrt, daß ein korpuskulares, massebehaftetes Teilchen auch Welleneigenschaften besitzt, die aber nur bei geeigneten Versuchsbedingungen in Erscheinung treten. Die historisch wichtigsten experimentellen Nachweise zu diesem Phänomen haben wir in Kapitel 1 dargelegt. Es zeigt sich, daß diese Eigenschaften keine sich widersprechende Erscheinungsformen von Licht bzw. Teilchen sind, sondern daß man sie als zwei sich ergänzende Charakteristika verstehen muß in dem Sinne, daß bei Auftreten der Teilcheneigenschaften die Beschreibung als Welle keinen physikalischen Sinn ergibt und umgekehrt, daß im Fall des Nachweises der Welleneigenschaft das Korpuskelbild zu Widersprüchen führt.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 2001•0 citations

Teilcheneigenschaften von Wellen

Arthur Beiser

In unserer täglichen Erfahrung haben die Begriffe Teilchen und Welle nichts Mysteriöses an sich, sie scheinen eine feste Bedeutung zu haben. Ein Stein, der ins Wasser geworfen wird, und die Wellen, die sich daraufhin an der Wasseroberfläche bilden, haben nur eines gemeinsam, die Fähigkeit, Energie und Impuls von einem Ort zum anderen zu übertragen. Die klassische Physik, die die „physikalische Realität“ unserer Sinneseindrücke widerspiegelt, behandelt Teilchen und Wellen als getrennte Komponenten der Realität. Die Mechanik der Teilchen und die Wellenoptik sind traditionellerweise unabhängige Disziplinen, jede hat ihre eigenen Experimente und Hypothesen. Und doch hat die physikalische Welt, wie wir sie sehen, ihre Ursache in Phänomenen, die sich in der mikroskopischen Welt der Atome und Moleküle, der Elektronen und Kerne abspielen. In dieser Welt gibt es weder Teilchen noch Wellen, die unseren herkömmlichen Vorstellungen entsprechen. Wir bezeichnen Elektronen als Teilchen, da sie elektrische Ladung und Masse besitzen und sich in alltäglichen Apparaten (etwa in einer Fernsehröhre) nach den Gesetzen der Punktmechanik verhalten. Wir werden jedoch sehen, daß genau soviel dafür spricht, ein Elektron als Wellenerscheinung wie als Manifestation eines Teilchens zu deuten. Wir bezeichnen elektromagnetische Wellen als Wellen, weil sie unter geeigneten Umständen Beugung, Interferenz und Polarisation zeigen. In ähnlicher Weise werden wir sehen, daß unter anderen Bedingungen elektromagnetische Wellen sich verhalten, als ob sie aus einem Strom von Teilchen bestünden. Gemeinsam mit der speziellen Relativitätstheorie ist die Dualität von Welle und Teilchen wesentlich für das Verständnis der modernen Physik; in diesem Buch gibt es nur wenige Argumente, die von diesen fundamentalen Prinzipien nicht Gebrauch machen.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1983•0 citations

Die Paradoxien der Quantenerscheinungen

P. Jordan

Es könnte auf Grund der Tatsachen, die wir im letzten Kapitel besprochen haben, scheinen, als wenn die physikalische Forschung zu einer fast vollständigen Bestätigung dessen geführt hätte, was die griechischen Philosophen der materialistischen Schule vorausgeahnt haben — wenn auch in der Bezeichnungs- und Ausdrucksweise Unterschiede bestehen von solcher Art, daß wir beispielsweise das Wort „Atom“ heute gerade auf ein nicht unzerlegbares, sondern vielmehr seinerseits noch aus einfacheren Teilen aufgebautes Gebilde anwenden. Wir haben eben nicht dasjenige, was wir heute „Atom” nennen, sondern vielmehr die Elektronen, Protonen, Neutronen mit den Atomen der Griechen zu vergleichen. Aber das nach den im vorigen Kapitel behandelten Ergebnissen so klar und durchsichtig erscheinende Gebiet der Atomforschung bekommt ganz neue, unerwartete und verwirrende Züge durch weitere Feststellungen; und es liegt eine gewisse Ironie der Entwicklung darin, daß die Entdeckung dieser neuen, wieder völlig verwirrenden Tatsachen bereits begonnen wurde, bevor noch die wirklichen Beweise für die Realität der Atome gewonnen waren. Gerade im Jahre 1900 machte Max Planck diejenige Entdeckung, welche die Entwicklung der Atomforschung in ganz neue Bahnen lenken und der experimentellen und theoretischen Arbeit der Physiker ein riesiges Forschungsgebiet ganz neu erschließen sollte. So drängen sich gerade um die Jahrhundertwende die für die Atomphysik bedeutendsten Entwicklungen zusammen: Gerade damals meldete sich die auf den Positivismus gestützte Kritik der bis dahin ausgebildeten atomistischen Ideen: Ernst Mach vor allem legte klar, daß in Wirklichkeit die Atomhypothese noch etwas durchaus Unbewiesenes und nach dem damaligen Stande der Dinge völlig Entbehrliches sei. Bald nach 1900 jedoch wurden die ersten experimentellen Beweise für die Realität der Atome erzielt. Aber schon 1900 machte Planck diejenige Entdeckung, deren tiefsten Sinn zu erfassen erst vor wenigen Jahren abschließend gelungen ist, und aus der uns allmählich die Einsicht erwachsen ist, daß in Wahrheit die Atome doch etwas völlig anderes sind, als das, was die alten Philosophen sich darunter dachten.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1949•0 citations

Materiewellen und Atomphysik

Horst H. F. Wegener

Wir haben gesehen, daß sich Licht als Welle ausbreitet und bei Wechselwirkung mit Materie als Hagel von Lichtquanten (γ-Teilchen) in Erscheinung tritt. Dieser Welle-Teilchen-Dualismus ist noch einmal in Tabelle36.1 zusammengestellt: 1924 dehnte der französische Physiker Louis de Broglie die am Verhalten des Lichtes entwickelte Idee des Dualismus auf sämtliche physikalischen Objekte aus. Wir erläutern die damals sehr kühne Verallgemeinerung am Beispiel eines frei fliegenden Elektronenschwarms.

Teubner-Studienbücher. Physik•Jan 1, 1989•0 citations

Der Doppelspalt-Versuch an Molekülen

Uwe Becker

Der Doppelspalt-Versuch, insbesondere der mit einzelnen Elektronen, ist ein Schlüsselexperiment der Quantenmechanik. Er zeigt den Welle-Teilchen-Dualismus der Natur und führte zur Postulierung des Bohrschen Komplementaritäts-Prinzips. Dieses Ausschließlichkeitsprinzip wurde in jüngster Zeit in Frage gestellt. Physiker in Europa und den USA haben nun gezeigt, dass die Ausschließlichkeit von Welle und Teilchen auch für strukturlose Objekte, wie freie Elektronen, nicht gilt.

Physik in unserer Zeit•Dec 16, 2005•1 citation
Einige Experimente besagen, daß das Elektron sehr ausgedehnt ist. Andere Experimente zeigen, daß das Elektron extrem klein ist. Ahnliches trifft für Lichtquanten, Protonen, Neutronen oder auch Mesonen zu. Alle mikroskopischen Objekte scheinen eine Doppelnatur aufzuweisen, wobei sich ihre Ausdehnung in Form von Wellen und ihre Lokalisierung in Form von Teilchen bemerkbar macht. Was bedeutet dies? In bezug auf diesen Punkt wurde zwischen den Begründern der modernen Physik keine Übereinstimmung erzielt und man weigerte sich einfach, diese Frage zu stellen. Die Zeiten haben sich geändert — und zu Beginn diskutieren wir hier sechs verschiedene Deutungen des Dualismus Teilchen-Welle zusammen mit einigen neueren experimentellen Ergebnissen.
Das grundlegende Verständnis von Licht einerseits und massebehafteten Teilchen andererseits beruht auf dem Welle-Teilchen Dualismus. Dieser Dualismus besagt, daß auf der einen Seite das Licht, das dem Kenner der klassischen Physik nur in der Form einer elektromagnetischen Welle begegnet, je nach den äußeren Beobachtungsbedingungen auch wie ein örtlich konzentriertes Teilchen erscheinen kann, und umgekehrt, daß ein korpuskulares, massebehaftetes Teilchen auch Welleneigenschaften besitzt, die aber nur bei geeigneten Versuchsbedingungen in Erscheinung treten. Die historisch wichtigsten experimentellen Nachweise zu diesem Phänomen haben wir in Kapitel 1 dargelegt. Es zeigt sich, daß diese Eigenschaften keine sich widersprechende Erscheinungsformen von Licht bzw. Teilchen sind, sondern daß man sie als zwei sich ergänzende Charakteristika verstehen muß in dem Sinne, daß bei Auftreten der Teilcheneigenschaften die Beschreibung als Welle keinen physikalischen Sinn ergibt und umgekehrt, daß im Fall des Nachweises der Welleneigenschaft das Korpuskelbild zu Widersprüchen führt.
In unserer täglichen Erfahrung haben die Begriffe Teilchen und Welle nichts Mysteriöses an sich, sie scheinen eine feste Bedeutung zu haben. Ein Stein, der ins Wasser geworfen wird, und die Wellen, die sich daraufhin an der Wasseroberfläche bilden, haben nur eines gemeinsam, die Fähigkeit, Energie und Impuls von einem Ort zum anderen zu übertragen. Die klassische Physik, die die „physikalische Realität“ unserer Sinneseindrücke widerspiegelt, behandelt Teilchen und Wellen als getrennte Komponenten der Realität. Die Mechanik der Teilchen und die Wellenoptik sind traditionellerweise unabhängige Disziplinen, jede hat ihre eigenen Experimente und Hypothesen. Und doch hat die physikalische Welt, wie wir sie sehen, ihre Ursache in Phänomenen, die sich in der mikroskopischen Welt der Atome und Moleküle, der Elektronen und Kerne abspielen. In dieser Welt gibt es weder Teilchen noch Wellen, die unseren herkömmlichen Vorstellungen entsprechen. Wir bezeichnen Elektronen als Teilchen, da sie elektrische Ladung und Masse besitzen und sich in alltäglichen Apparaten (etwa in einer Fernsehröhre) nach den Gesetzen der Punktmechanik verhalten. Wir werden jedoch sehen, daß genau soviel dafür spricht, ein Elektron als Wellenerscheinung wie als Manifestation eines Teilchens zu deuten. Wir bezeichnen elektromagnetische Wellen als Wellen, weil sie unter geeigneten Umständen Beugung, Interferenz und Polarisation zeigen. In ähnlicher Weise werden wir sehen, daß unter anderen Bedingungen elektromagnetische Wellen sich verhalten, als ob sie aus einem Strom von Teilchen bestünden. Gemeinsam mit der speziellen Relativitätstheorie ist die Dualität von Welle und Teilchen wesentlich für das Verständnis der modernen Physik; in diesem Buch gibt es nur wenige Argumente, die von diesen fundamentalen Prinzipien nicht Gebrauch machen.
Es könnte auf Grund der Tatsachen, die wir im letzten Kapitel besprochen haben, scheinen, als wenn die physikalische Forschung zu einer fast vollständigen Bestätigung dessen geführt hätte, was die griechischen Philosophen der materialistischen Schule vorausgeahnt haben — wenn auch in der Bezeichnungs- und Ausdrucksweise Unterschiede bestehen von solcher Art, daß wir beispielsweise das Wort „Atom“ heute gerade auf ein nicht unzerlegbares, sondern vielmehr seinerseits noch aus einfacheren Teilen aufgebautes Gebilde anwenden. Wir haben eben nicht dasjenige, was wir heute „Atom” nennen, sondern vielmehr die Elektronen, Protonen, Neutronen mit den Atomen der Griechen zu vergleichen. Aber das nach den im vorigen Kapitel behandelten Ergebnissen so klar und durchsichtig erscheinende Gebiet der Atomforschung bekommt ganz neue, unerwartete und verwirrende Züge durch weitere Feststellungen; und es liegt eine gewisse Ironie der Entwicklung darin, daß die Entdeckung dieser neuen, wieder völlig verwirrenden Tatsachen bereits begonnen wurde, bevor noch die wirklichen Beweise für die Realität der Atome gewonnen waren. Gerade im Jahre 1900 machte Max Planck diejenige Entdeckung, welche die Entwicklung der Atomforschung in ganz neue Bahnen lenken und der experimentellen und theoretischen Arbeit der Physiker ein riesiges Forschungsgebiet ganz neu erschließen sollte. So drängen sich gerade um die Jahrhundertwende die für die Atomphysik bedeutendsten Entwicklungen zusammen: Gerade damals meldete sich die auf den Positivismus gestützte Kritik der bis dahin ausgebildeten atomistischen Ideen: Ernst Mach vor allem legte klar, daß in Wirklichkeit die Atomhypothese noch etwas durchaus Unbewiesenes und nach dem damaligen Stande der Dinge völlig Entbehrliches sei. Bald nach 1900 jedoch wurden die ersten experimentellen Beweise für die Realität der Atome erzielt. Aber schon 1900 machte Planck diejenige Entdeckung, deren tiefsten Sinn zu erfassen erst vor wenigen Jahren abschließend gelungen ist, und aus der uns allmählich die Einsicht erwachsen ist, daß in Wahrheit die Atome doch etwas völlig anderes sind, als das, was die alten Philosophen sich darunter dachten.
Wir haben gesehen, daß sich Licht als Welle ausbreitet und bei Wechselwirkung mit Materie als Hagel von Lichtquanten (γ-Teilchen) in Erscheinung tritt. Dieser Welle-Teilchen-Dualismus ist noch einmal in Tabelle36.1 zusammengestellt: 1924 dehnte der französische Physiker Louis de Broglie die am Verhalten des Lichtes entwickelte Idee des Dualismus auf sämtliche physikalischen Objekte aus. Wir erläutern die damals sehr kühne Verallgemeinerung am Beispiel eines frei fliegenden Elektronenschwarms.