Quantenphysik einfach erklärt

Was ist Quantenphysik? – einfach erklärt

Die Quantenphysik spiegelt unseren neuesten, wissenschaftlichen Stand wieder, wie unsere Wirklichkeit erklärt werden kann. Sie befasst sich mit dem Verhalten von kleinsten Teilchen und deren Wechselwirkungen. Dazu bedient sie sich dabei mathematischer Strukturen, um physikalische Prozesse zu beschreiben. Daraus hat sich eine mathematische Metaphysik entwickelt. Mithilfe von Experimenten wird die Richtigkeit dieser Beschreibung belegt. Der Quantenphysiker David Bohm hat dabei extra darauf hingewiesen, dass es bei der Quantenmechanik nur um eine bloße Beschreibung physikalischer Prozesse geht und nicht um etwas, das die Quantenphysik einfach erklärt. Aber wie kann Quantenphysik einfach erklärt werden?

Quantenphysik einfach erklärt

Ausgangslage und Darstellung der Quantenphysik

Quantenphysik ist schwer zu fassen. Sie überrascht mit Ergebnissen, die über die menschliche Vorstellungskraft hinausgehen. Früher ging man in der Physik davon aus, dass das messbare Ergebnis der Wahrheit entspräche. Die Quantenphysik wiederlegte dies mit dem folgenden Experiment:

Interferenz

Interferenz ist die Wechselwirkung der Wellen, die entstehen, wenn 2 Wellen aufeinander treffen. Hat man eine Wand mit zwei vertikalen, nebeneinanderliegenden Spalten und hinter dieser Wand eine weitere Wand, sieht man ein Muster von hellen und dunklen Streifen, dem Interferenzmuster.

Wenn man nun Tischtennisbälle durch die Spalten schießt, dann entstehen keine Interferenzmuster, sondern 2 Streifen von Löchern in der Wand.

Nun benutzte man ein Gewehr, welches millionenfach nacheinander Elektronen abfeuerte. Das Ergebnis überraschte die Physiker. Es entstand ein Interferenzmuster. Um das Ergebnis zu verstehen, wollten die Wissenschaftler das Experiment mit einem Messgerät wiederholen. Doch jetzt entstand kein Interferenzmuster wie zuvor. Elektronen verhalten sich also anders, wenn sie bewusst beobachtet werden bzw. wenn eine Messung stattfindet.

Modell der Quantenphysik

Ein Modell, das die Quantenphysik einfach erklärt, gibt es so nicht. Es gibt aber drei Schlüsselbegriffe, mit denen man den quantenphysikalischen Wirklichkeitsbegriff darstellen kann. Diese sind: Komplementarität, Wechselbeziehungen und Verschränkungen. Mit diesen drei Begriffe kann Quantenphysik einfach erklärt werden:

Komplementarität

Schon früh in der Wissenschaftsgeschichte hat man erkannt, dass Licht als Welle beschrieben werden kann (siehe dazu auch Lichtgeschwindigkeit). Wir kennen z.B. aus dem Alltag den Polarisationsfilter, der in der Fotografie eingesetzt wird, um Spiegelungen zu verringern. Seine Wirkung beruht auf der Welleneigenschaft des Lichts. Schon im 19. Jahrhundert entdeckte man den Photoeffekt, auf dessen Basis manche Halbleiter funktionieren. Um diesen Effekt zu erklären hat Einstein den Begriff „Lichtquant“ eingeführt. Licht verhält sich hier also wie ein Teilchen.

Die Elektronen dagegen kannte man zunächst als Teilchen – die Stromleitung kann so gut erklärt werden. Dann hat die Quantenmechanik ihren Wellencharakter entdeckt, was z.B. im Elektronenmikroskop ausgenutzt wird.

Die Objekte verhalten sich also einmal als Welle, das andere Mal als Teilchen, je nachdem, wie man diese Objekte beobachtet, bzw. wie in der Quantenmechanik das Objekt gemessen wird. Man nennt das zwei komplementäre Systeme: Welle und Messgerät bzw. Teilchen und Messgerät. Sie widersprechen und ergänzen sich.

Wechselbeziehungen

Zwischen den Objekten finden Wechselbeziehungen statt. Die negativen Elektronen z.B. stoßen sich ab, während sich Elektronen und positiv geladene Protonen anziehen. Man spricht in der Quantenmechanik hier von Wechselwirkungskräften. Da kam aber nun die Frage auf, wie z.B. ein Elektron Ladung und Masse haben kann, wenn es ein elementares Teilchen ist, das aber selbst nicht aus Teilen besteht. Die Antwort ist, dass die Wechselwirkung selbst Teil des Elektrons ist. Einzeln ist keiner dieser Anteile beobachtbar.

Verschränkungen

Wird in der Quantenmechanik ein Objekt beobachtet, dann misst man den Zustand, den das Objekt in diesem Moment hat. Das kann z.B. die Schwingungsebene des elektromagnetischen Feldes eines Photons sein. Es gibt nun Photonen, da misst man zeitgleich immer den gleichen Zustand, egal wo die Photonen sich gerade örtlich befinden. Das ist sogar der Fall, wenn der Zustand eines Photons direkt erzeugt wird, dann hat augenblicklich das andere Photon denselben Zustand. Man spricht hier von Zwillingsphotonen und der Effekt dieser verborgenen Verbindung zwischen diesen Photonen wird Verschränkung genannt.

Weitere Forschungsthemen:

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9 Gedanken zu „Was ist Quantenphysik? – einfach erklärt“

  1. Ein Glauben an Eine, noch heutigen, unerklaerhbarenmacht Existenz kommt also hier spiel. Diese Unerklaehrbare existenz hat aber eine sehr wichtige aufgabe, den anhalt dieser unerklaehrbaren sachlage koenen wir somit alles was wir bis heute noch nucht sinlich erklaeren koennen, einfach einer machtexistenz zuschieben und verantwotlich machen. Ganz egal ob es uns rech oder unrecht erscheint.

  2. Einfach erklaert.
    2 Menschen moegen sich.Doch eines Tages ist A anders als sonst
    Was B jetzt wahrnimmt,ist die Realitaet.Gefuehlt weiss B. aber,dass A. in Wirklichkeit nicht so ist wie jetzt.

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