Gedankenknoten – Naturphilosophie 03 | Von Bernd Lukoschik

Gedankenknoten sind kleine Texte, die philosophische Probleme erörtern, Fragestellungen aufwerfen und den Leser ins Grübeln bringen. Vom Altertum bis zur Moderne werden Begriffe besprochen, die zum Hinterfragen anregen und das philosophische Problematisieren schulen.

Das Thema heute: Naturphilosophie

Welle oder Teilchen? (1) – das philosophisches Rätsel der Mikrophysik

Über diese Frage nach der Natur der Elementarmaterie haben sich die klügsten Physiker den Kopf zerbrochen. Beantwortet ist sie bis heute nicht.

Das Problem lässt sich gut am Doppelspaltexperiment illustrieren: Ein „Teilchen“-Strahl – z. B. Elektronen oder Licht – wird auf einen Bildschirm gerichtet (es ist unklar, ob es sich um Teilchen handelt, daher die An- und Abführungen). Jedes Auftreffen dort gibt sich durch einen winzig kleinen hellen Fleck kund. Das lässt vermuten, dass es sich bei den „Teilchen“ tatsächlich um Teilchen, die einen festumrissenen Raum einnehmen, handelt, also um klassische Dinge wie Murmeln oder Tennisbälle, nur eben sehr viel kleiner.

Zwischen „Teilchen“-Quelle und Bildschirm werde nun ein weiterer Schirm positioniert, der mit zwei sehr eng nebeneinander angeordneten Spalten versehen ist. Um den erstgenannten Schirm zu erreichen, muss die Materie, wenn beide Spalten geöffnet sind, also den einen oder den anderen Spalt passieren.

Angenommen, wir lassen in einem ersten Experiment einmal den linken Spalt bei geschlossenem rechtem, dann den rechten bei geschlossenem linkem Spalt geöffnet und schicken jeweils „Teilchen“ hindurch. Dann wird sich direkt hinter jedem Spalt eine hohe Fleckendichte auf dem Bildschirm bilden, die sich vom jeweiligen Spalt weg abschwächt. Durch Überlagerung der Flecken zwischen den Spalten entsteht eine besonders große Anhäufung von Flecken, sodass wir im Endeffekt folgende Fleckenverteilung auf dem Bildschirm erhalten: zwischen den Spalten am dichtesten, sehr dicht noch direkt hinter den Spalten und dann nach außen hin von den Spalten weg stark abnehmend.

In einem zweiten Versuch werden beide Spalten geöffnet. Wir erwarten dieselbe Fleckenverteilung wie im vorangegangenen Versuch bei immer nur einem geöffneten Spalt.

Das Überraschende ist: Es entsteht eine völlig andere Dichteverteilung der hellen Punkte! Ein sogenanntes Interferenzmuster, eine Vielzahl paralleler heller Streifen, die in der Mitte noch sehr hell sind, nach außen hin in ihrer Helligkeit jedoch abnehmen.

Wie ist das möglich?

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Wir danken dem Autor für das Recht zur Veröffentlichung des Beitrags.

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Bildquelle: Anastasios71 / shutterstock

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Kommentare (16)

16 Kommentare zu: “Gedankenknoten – Naturphilosophie 03 | Von Bernd Lukoschik

  1. passant sagt:

    Licht als Welle oder Teilchen landet physikalisch
    als bloßes elektrisches Aktionspotential in Nervenknoten, soweit
    das naturwissenschaftliche Weltbild. Fehlt da nicht noch etwas?

    "Man sieht nur mit dem Herzen gut. Das Wesentliche ist für
    das Auge unsichtbar." Antoine de Saint-Exupéry

  2. hulli3 sagt:

    Es gibt keinen "Teilchen-Strahl", fertig.

  3. How - Lennon sagt:

    Es ist kein Rätsel, sondern alles einfach logisch. Wenn man klar beobachtet und denkt und sich vor allem nicht von irgendwelchen (selbsternannten) "Obrigkeiten" einspannen und/oder irre machen lässt, kann man alles erkennen, sogar die "Weltformel".
    Eine Welle ist eine Bewegungsform VON Materie, sie braucht also immer eine Trägersubstanz – eben Materie. Eine Welle des Nichts ist schlicht unlogischer Blödsinn.
    Es ist für mich völlig logisch, dass es das Nichts sogar überhaupt nicht gibt. Es gibt NUR Materie in der Unendlichkeit und Ewigkeit. Logischerweise muss es im Umkehrschluss auch das unendlich Kleine geben, es gibt also kein kleinstes Teilchen.
    Kein Nichts, kein Anfang und Ende, keine Null, kein Tod. Nur Materie, die periodisch lebt/wächst/sich fortpflanzt und ruht/"stirbt"/zerfällt. Sie wird aber niemals zu Nichts zerfallen und "tot" sein.

    Universen=Galaxien bzw. Sternsysteme=Atome… So geht es unendlich weiter, ins Große wie ins Kleine.
    Das Universum besteht aus Universen.

    Das Doppelspalt-Experiment beweist mir genau das:
    Es gibt die unendlich kleine Materie, unendlich kleine Teilchen – damals auch "Äther" genannt – die als eben diese Trägersubstanz dient, aber für uns nicht messbar oder wahrnehmbar ist.
    Wenn also Teilchen durch diese unendlich feine Substanz schießen, gerät sie in Schwingung bzw. geraten die Teilchen auf eine Wellenbahn. So, wie wenn man ein Stück Holz auf eine Wasseroberfläche wirft, sie in Schwingung gerät und es auf dieser Wellenbahn fortbewegt. Und wenn Teilchen gleichzeitig/dicht nacheinander durch beide Spalten schießen, bilden sich dahinter logischerweise interferierende Wellenbahnen, AUF DENEN die Teilchen "reiten".
    Ganz einfach!
    Die Macht und Obrigkeit brauchte aber schon immer mysteriöse und beängstigende Geschichten, um die Untergebenen zu lenken und vor allem brav und dumm zu halten.

    • Nevyn sagt:

      "Eine Welle ist eine Bewegungsform VON Materie, sie braucht also immer eine Trägersubstanz…"
      Eine Welle ist per Definition eine räumlich und zeitlich periodisch veränderliche physikalische Größe. Das weiß ich noch von der Abi-Klasse, da brauche ich noch nicht mal mein Physik-Studium zu bemühen. Aber offenbar lernt man heute stattdessen die 60 Geschlechter auswendig.
      Damit ist auch klar, dass eine Welle keine Trägersubstanz braucht, sie kann ich auch im leeren Raum fortbewegen, wie z. B. elektromagnetische oder Gravitationswellen.

    • stuck1a sagt:

      And the winner is… Ich, weil ich herzhaft lachen konnte :)

    • hulli3 sagt:

      Als man die Wellen erfunden hat, war allen klar, dass ein Aether dazu notwendig ist.

    • How - Lennon sagt:

      Nevyn: "Wellen gibt es sogar im leeren Raum…"
      Und was ist der Beweis für einen leeren Raum? Das "Vakuum" im All ist kein wirkliches und künstlich kann man ebenfalls kein wirkliches erschaffen. Das war schon Aristoteles klar —> "horror vacui".
      Also: Es gibt keinen leeren Raum und somit auch kein Nichts. Im Gegenteil, es gibt NUR Materie. In einem "Vakuum" ist sie aber so fein, dass wir sie nicht messen können. Wir können aber messen, dass es kein 100 prozentiges Vakuum/keinen 100 prozentig leeren Raum gibt.

  4. KaraHasan sagt:

    Wenn Licht im Ereignishorizont von Schwarzen Löchern gefangen ist, dann umkreist das Licht den Kern dieser Schwarzen Löcher, so wie die Erde die Sonne umkreist. Das Licht ist gefangen im Ereignishorizont und kann nicht gesehen werden, weil es, so wie sie den Kern umkreist, nicht herausstrahlen kann. Aber was, wenn sich das Licht dermaßen konzentriert in seiner Umlaufbahn um den Kern des Schwarzen Loches…wird es dann zu Materie, wegen der Konzentration? Handelt es sich bei Licht um Wellen oder Teilchen?

  5. Physikalische Theorien sind unvollkommene Vergleiche:

    Wir vergleichen die Realität einerseits mit Wellen und andererseits mit Teilchen. Sowohl die Wellenvorstellung als auch die Teilchenvorstellung sind aber nur Interpretationen der Realität und stellen als Interpretationen nur Abbilder, die Fehler beinhalten können bzw. die von der Realität abweichen können, dar. Und weil sie unvollkommene Interpretationen darstellen, widersprechen sie einander.

    Allerdings halte ich die Existenz eines Multiversums für wahrscheinlich. Wenn es ein Multiversums gibt bzw. wenn alles, was möglich ist, auch irgendwo existiert, dann müsste es auch Universen geben, die ausschließlich aus Wellen oder ausschließlich aus Teilchen bestehen bzw. die mit einer Wellentheorie oder mit einer Teilchentheorie 1:1 dargestellt werden können und die nicht so wie unser Universum durch beide (sich widersprechende) Theorien interpretiert werden müssen.

    Und im Multiversum müsste es auch Universen geben, in denen die Relativitätstheorie gilt ohne dass es dadurch zu Widersprüchen kommt.

    • Nevyn sagt:

      "Physikalische Theorien sind unvollkommene Vergleiche:"
      Physikalische Theorien sind der Versuch, die Realität zu beschreiben. Das gelingt über weite Strecken phantastisch gut, wir würden sonst immer noch mit Feuersteinen auf Speerspitzen jagen. Aber wie jedes mentale Konstrukt ist auch eine physikalische Theorie immer an Annahmen gebunden und gilt nur unter bestimmten Bedingungen. Gott sei Dank!

  6. sandra beimer sagt:

    Ein ähnliches Phänomen haben wir in der Ankündigung der US-Amerikaner ihre europäische Besatzungsarmee von 60k auf 100k zu vergrößern. Eine plausible Deutung ist, dass die USA Truppen aus ihren weltweiten Basen abziehen müssen (pleite) und diese dann in Europa anlanden.

    Es besteht aber eine gewisse Unschärfe ob es sich dabei um einen Akt der Stärke handelt oder um einen Akt der Schwäche. Eine Antwort darauf würde erfordern die tatsächliche Stärke der beiden Machtblöcke zu bestimmen, was aber nicht möglich ist.

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