1.1 Das Doppelspaltexperiment – Komplementarität von Welle und Teilchen

Thomas Nyckel

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.

Walter Glaser

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.

Torsten Fließbach

Im Feld einer elektromagnetischen Welle schwingt ein geladenes Teilchen hin und her. Das so oszillierende Teilchen sendet dann elektromagnetische Strahlung aus. Durch diesen Prozess wird die elektromagnetische Welle gestreut. Wir berechnen den Wirkungsquerschnitt für die Streuung von Licht an Atomen (Abbildung 25.1). Wir behandeln die Thomsonstreuung, die Rayleighstreuung, die Resonanzfluoreszenz und den Übergang zwischen kohärenter und inkohärenter Streuung.