Damit wir verstehen, was Quantenfeldtheorie QFT bedeutet, soll wenigstens eine kurze Erläuterung des Begriffs "Quant" erfolgen:
Quanten sind die eigentlichen Bauteile unserer Welt. Sie tragen Möglichkeiten für Eigenschaften in sich, treten miteinander in Wechselwirkung und machen dadurch aus den Möglichkeiten zufällig ausgewählte Fakten, die man dann beobachten kann und denen man eine reale Existenz zuweisen kann.
Beispiel: Schicken wir ein Lichtquant auf einen Doppelspalt (zwei benachbarte Öffnungen), so hat es die Möglichkeit durch jede der beiden Öffnungen zu gehen. Dies beschreiben wir durch zwei Wahrscheinlichkeitswellen, die jeweils durch eine der beiden Öffnungen treten und sich danach überlagern.
Messen wir auf einem Schirm den Auftreffort des Quants, so erhalten wir zufällige zu Fakten gewordene Möglichkeiten der überlagerten Welle.
In der Verteilung der Auftrefforte sieht man deshalb noch die Möglichkeit der beiden Öffnungen als Interferenzbild zweier Wellen.
Schickt man die Quanten einzeln, nacheinander, durch den Doppelspalt, so bildet sich langsam aus einer eher zufälligen Streung der Auftrefforte das bekannte Interferenzbild heraus, weil die zu einem Quant gehörende Welle als durch beide Öffnungen gehend gedacht werden kann.
Das gilt für Lichtquanten, aber auch für alle anderen Quanten, wie Elektronen, Protonen oder gar Moleküle.
Die Quanten kommen als ganze Objekte (Teilchen) an, verteilen sich aber so, als wären ihre Wellen durch beide Öffnungen gleichzeitig gegangen (Welleninterferenz).
Wir haben in dieser Beschreibung das grundlegende Problem der Quantenmechanik QM gesehen:
Während sich die Quanten durch den Doppelspalt bewegen, ohne jegliche Wechselwirkung, so dass alle Möglichkeiten erhalten bleiben, müssen wir sie durch Wahrscheinlichkeitswellen beschreiben (die gibt es nur in unserem Kopf, nicht in der Welt).
Wenn dann Fakten entstehen, durch Wechselwirkung mit dem Auffangschirm, erkennen wir Quanten als Teilchen. Die gibt es dann wirklich in unserer Welt.
Eigentlich muss man sogar noch den Begriff der Bewegung besser hinterfragen, das schenken wir uns jetzt aber.
Aber die Frage, ob Quanten Wellen oder Teilchen sind, ist Unsinn. Sie sind Quanten!
Manchmal müssen wir Quanten als Wellen und manchmal als Teilchen beschreiben. Wir wissen welche Beschreibung wir wann anwenden müssen, aber wir wissen nicht, was Quanten wirklich sind.
Der noch in vielen Schulbüchern existierende Welle-Teilchen-Dualismus gibt es nicht!
Ein schönes Beispiel soll das verdeutlichen:
In Germanien kennt man Fabelwesen: Einhörner (Welle) und Drachen (Teilchen). Beide gibt es nicht wirklich, nur in der Vorstellung der Germanier.
Ein weitgereister Germane kommt aus Afrika zurück. Dort hat er real existierende Rhinozerosse gesehen. Er kann sie aber nur so beschreiben: Blickt man von vorne, so gleichen sie einem Einhorn. Von hinten sehen sie aus wie ein Drache. Für andere Anblicke haben wir keine Worte.
Wir erklären also das real vorkommende uns unbekannte Tier durch Fantasiebegriffe nicht existierender Objekte, über die wir aber eine Vorstellung haben.
Und so machen wir es mit Quanten, wenn wir sie mal mit Wellen und mal mit Teilchenbildern beschreiben.
Im nächsten Post diskutieren wir dann, ob auch Felder aus Quanten bestehen.
Bild: Ausbildung des Interferenzmusters aus der Registrierung einzelner Quanten (leifiphysik)
Video: Entstehung des Interferenzbildes bei einzelnen Elektronen am Doppelspalt (Prof. Tonomura, Hitachi)
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen
Kommentar eingeben