P 67: Sind Photonen nun Teilchen?

 10.4 Der berühmte Dualismus Welle - Teilchen

Ich denke, ihr hab bei einigen der Eigenschaften festgestellt, dass sie sehr wohl zu Teilchen passen, bei anderen eher nicht.

Andererseits haben wir sehr viele Experimente kennen gelernt, die man nur mit der Vorstellung von Lichtwellen erklären und verstehen kann.

Das ist ein riesiges Dilemma, in das die Physiker der 20-er Jahre hineingeschlittert sind und bis zum heutigen Tage nicht richtig herausgekommen sind.

10.4.1 Dualismus Welle-Teilchen

Seit Newton haben Physiker mal mit Teilchen- und mal mit Wellenvorstellungen Licht beschrieben. Interferenzversuche gaben den Ausschlag zur Wellenvorstellung. Dann kam Einstein und hat die Objekte eingeführt, die man später Photonen genannt hat. Die haben mehr Teilchen- als Welleneigenschaften

Jetzt, nach 1905,  geht es nicht mehr um ein "entweder-oder", sondern darum: In welchem Experiment, welcher Naturerscheinung offenbart sich ein Teilchencharakter des Lichtes und wann ein Wellwnharakter.

Das kann man klären, da gibt es keine Mehrdeutigkeiten. Man kann sogar hintereinander Beugung am Gitter und Photoeffekt untersuchen und beide Eigenschaften nacheinander beobachten.

Was passiert, wenn man das gleichzeitig versucht, werden wir bald sehen.

Dieser Doppelcharakter ist als Dualismus Welle-Teilchen in die Geschichte der Physik eingegangen. Sowohl der Wellenbegriff als auch der Teilchenbegriff  sind anschaulich gut vorstellbare Vorgänge aus der Alltagserfahrung:

Jeder ist schon mal von einem Tennisball am Kopf getroffen worden, und jeder hat schon mal Meereswellen gesehen.

Mit Wellen und Teilchen kennen wir uns eben aus.

Der Dualismus sagt: Um Licht zu verstehen, brauchen wir beide Vorstellungen. Sie können sich durchaus widersprechen, aber in einem Experiment, einer  Beoabchtung reicht eine der beiden Vorstellungen aus.

Der Charakter des Lichtes ist somit dual.

Natürlich fragt man sich: Wie gut kommt das an die Realität heran? Was ist denn Licht wirklich?

Wir werden uns diesen Fragen stellen...

Nils Bohr ist ihnen ausgewichen...

10.4.2 Kopenhagener Deutung

Bohr hatte in Kopenhagen ein eigenes Institut für theoretische Physik, in dem er auch mit seiner Familie wohnte.

Oft besuchten ihn deutsche Physiker (Heisenberg als Beispiel) und er verwickelte sie in endlose Gespräche und Diskussionen. Als einer seiner Gäste erkrankte, interessierte das Bohr wenig. Er setzte sich die ganze Nacht auf die Bettkante und redete auf den Gast ein.

 

 

 

 

 

Aus solchen Zusammenkünften ist die sog. Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik entstanden.

Nie exakt formuliert oder veröffentlicht, ständig verändert und angepasst, ergab sich aber ein Bild, das in ganz Mitteleuropa das Denken aller Physiker prägte und festlegte.

Häufig wurden neue Stellen in der theoretischen Physik auch nur durch Anhänger Bohrs mit Anhängern der Kopenhagener Deutung besetzt.

Wir werden noch weitere Aussagen dieser Deutung kennenlernen, das ein oder andere ist wirklich auch heute noch aktuell.

Was sagt die Kopenhagener Deutung zu unserem Lichtproblem?

>>> Die Aufgabe der Physik ist es nicht herauszufinden, wie die Natur beschaffen ist, sondern mit entsprechenden Formeln den Ausgang bestimmter Experimente vorherzusagen und zu erklären.

1885 -1962, Nobelpreis 1922

Bohr: "Es ist nicht Aufgabe der Physik zu sagen, wie die Natur ist, sondern nur was wir von ihr

            beobachten können.“

 

Er geht sogar so weit, dass er annimmt, dass es keine vom Beobachter unabhängige Realität gibt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1879 -1955, Nobelpreis 1921

Einstein hält dagegen:

 

Einstein: Es muss eine Synthese aus Welle und Teilchen geben.

 

               „Die Aufgabe der Wissenschaft ist es das wahre Sein zu erkennen.“

 

 

Zu dem jahrelangen "Krieg" zwischen Einstein und Bohr werden wir sicher  noch etwas erfahren. Leider hat Einsein nicht Recht behalten...

Es interessiert also nicht ob Licht Teilchen doer Welle ist, wichtig ist nur, dass wir wissen, wann wir welche Formeln anwenden müssen.

 Noch ein Zitat:

Bohr: "Wer von der Quantentheorie nicht entsetzt ist, der hat sie nicht verstanden!" 

Wir wollen aber die Kopenhagener Deutung überwinden und neugierig sein....

Übrigens:

Heisenberg hat  1936 gezeigt, dass man die Quantenmechanik durch sog. Matrizen (Zahlenschemata) komplett unanschaulich mathematisch verstehen kann. Niemand wäre auf die Idee gekommen, zu fragen: Was ist Licht denn nun, Teilchen oder Matrix  oder Welle oder Matrix?

so werden mögliche Messwerte berechnet

Werner Heisenberg, 1901 -1976