Abenteuer-Universum

Hallo,

Was mich schon lange interessiert:
Der Welle-Teilchen Dualismus bedeutet doch auch, dass eigentlich beide Erscheinungsformen existieren.
Dabei habe ich speziell Mühe mit der 'Teilchen' Erscheinungsform. Deshalb meine Frage:
Welche Ueberlegung oder Messung deutet auf die Existenz der 'Teilchen' Erscheinungsform hin.
Denn soweit ich verstehe kann jeder bekannte Messaparat nur Wellen-Packete detektieren (z.B. Lichtsensor).

Beispiel:
Ein Atom wird angeregt und sendet danach ein Photon aus.
- Was wir sehen und messen können ist ein Photon (Welle)
- Die Elektronenwolke des Atoms selber ist in einem Zustand, deren Bahnen nur mit Wellenmechanik beschrieben werden kann
- Das anregende Ereignis ist ein Photon (Welle) oder mechanische via Impuls eines anderen Atoms (ebenfalls beschrieben via Welle).

Wenn aber (wie ich annehme) alle Messgeräte nur Wellen detektieren können, warum soll ich dann überhaupt an ein Teilchen-Erscheinungsform erwägen?

Gruss, Gepakulix

Ein bekanntes Beispiel für das teilchenartige Verhakten ist der Comptoneffekt, d.h. der Streuung eines einzelnen Photons an einem einzelnen Elektron. Gemäß des klassischen Elektromagnetismus müsste die Übertragung von Energie aus der el.-mag. Welle auf das Elektron zu einer Verringerung der Intensität der Welle bei gleicher Frequenz f führen. tatsächlich beobachtet man aber eine Verringering der Frequenz f zu f' entsprechend einem Energieübertrag h(f-f'). Dies ist klassisch nicht erklärbar und zeigt eindeutig, dass das Photon auch als einzelnes Teilchen aufgefasst werden muss, das aber natürlich zusätzlich Welleneigenschaften aufweist (man kann den Comptoneffekt zunächst auch ohne Rückgriff auf Welleneigenschaften ausschließlich durch Betrachtung der Energie und anderer Teilcheneigenschaften beschreiben)

tomS hat geschrieben:Ein bekanntes Beispiel für das teilchenartige Verhalten...

Ja, ich kann zwar ein solch teilchenartiges Verhalten nachvollziehen. Das ist aber für mich noch kein genügender Hinweis, dass es auch ein Teilchen " ist ".

Beispiel:
==> Wenn man das Gravitationsfeld eines Körpers mit einem "Gummituch-Verhalten" beschreiben kann, ist deswegen das Graviationsfeld noch kein Gummituch

Im Prinzip gibst du auch den Ansatz eines möglichen Auswegs:

tomS hat geschrieben:Gemäß des klassischen Elektromagnetismus müsste...

Gerade mit Blick auf die Quantenmechanik kann man aber nicht behaupten, dass alle Vorgänge im Zusammenhang mit Wellenpacketen abschliessend mit der klassischen Elektromagnetismus erklärt werden können.

Damit meine ich:
- ja, der klassische Elektromagnetismus kann die Uebertragung der Energie in dem Fall nicht erklären,
- nur, warum muss genau dieser Mechanismus (klassischer Elektromagnetismus) zur Erklärung benützt werden?

Mit anderen Worten:
Noch nie hat irgend jemand oder irgend eine Messaparatur ein Teilchen 'gesehen'. Es ist also eine Notlösung in der Theorie (von uns Menschen).
Notlösungen gibt es aber auch andere. Warum wird aber gerade diese Eine nicht mehr hinterfragt?

Gruss, Gepakulix

Natürlich hast du recht, aber du diskutierst gerade ein anderes Problem. Natürlich "ist" die Raumzeit kein Gummituch; sie "ist" auch kein metrischer Tensor, obwohl sie durch selben (in der ART) korrekt beschrieben wird. Ein Quantenobjekt "ist" ein Quantenobjekt und wird durch einen mathematsichen Formalismus beschrieben, der zugleich Welle- und Teilchenaspekte aufweist. Ein klassisches Teilchen "ist" nun aber genau nicht dieser klassische mathematische Formalismus, auch liet nur eine Beschreibung vor.

Klassisch wird ein Teilchen beschrieben durch zwei (vektorwertige) Funktionen x(t) und p(t). Aber es "ist" nicht x(t) und p(t), sondern wird eben nur dadurch beschrieben.

Der Unterschied zwischen Ralität einerseits und physikalsichem Modell andererseits gilt m.E. bereits klassisch. Nur wird er da nicht so sichtbar, weil unsere Begrifflichkeiten und die Wirklichkeit besser zueinander passen und wir deswegen nocht darüber stolpern. In der QM passen unsere Begrifflichkeiten dagegen nicht und wir werden gezwungen, zwischen Realität und Modell zu unterscheiden. Zudem stellen wir fest, dass verschiedene (einander widersprechende) klassische Modelle eben nur Teilaspekte korrekt beschreiben.

tomS hat geschrieben:Der Unterschied zwischen Ralität einerseits und physikalsichem Modell andererseits gilt m.E. bereits klassisch. Nur wird er da nicht so sichtbar, weil unsere Begrifflichkeiten und die Wirklichkeit besser zueinander passen und wir deswegen nocht darüber stolpern.

Nur könnte das auch als Ausrede benützt werden, wenn man das richtige Modell noch nicht gefunden hat.
Oder anders gesagt: Wie kann man folgende 2 Möglichkeiten unterscheiden?
1) es gibt kein besseres physikalisches Modell
2) man hat das bessere physikalische Modell noch nicht gefunden

tomS hat geschrieben:Ein bekanntes Beispiel für das teilchenartige Verhakten ist der Comptoneffekt, d.h. der Streuung eines einzelnen Photons an einem einzelnen Elektron

Was mir an dieser Interpretation des Effekts ("teilchenartig") nicht so gefällt zeigt vielleicht ein Blick auf die Geschichte:
- Der Teilchenaspekt den du ansprichst wurde bereits 1922 (Compton-Effekt) aus den Messdaten herausgelesen. Damals war diese Interpretation (aus meiner Sicht) noch richtig.
- Später aber (etwa. ab 1926,Schrödingergleichung) hat man gelernt, dass Messungen an einem Objekt auch einen Einfluss auf die Natur des Objekt selber hat. (Im Prinzip ist eine Photon-Elektron Stoss auch eine Messung der Parameter des Elektrons). So scheint die Messung einer Objektgrösse einen Einfluss zu haben auf die Grösse des Objekts selber.

Somit müsste man doch die frühere Interpretation nocheinmal überprüfen, denn mit der Kenntnis der QM im Hintergrund muss man eine Elektron/Photon Streuung nicht zwingend mit einer Teilchennatur erklären.

Gruss, Guido

Vielleicht habe ich mich missverständlich ausgedrückt.

Der Comptoneffekt ist auch nach Entdeckung der Quantenmechanik (besser: Quantenfeldtheorie) ein Effekt, der - wenn man überhaupt ein klassisches, anschauliches Bild bemühen möchte - nur mit dem Teilchenmodell erklärt werden kann; das klassische Wellenmodell versagt hier. Zdie QED ieht man nun die Quantenfeldtheorie zur Erklärung bzw. zur exakten Berechnung heran, so stellt man dreierlei fest: 1) mittels der QED ist der Effekt exakt berechenbar; 2) die QED liefert jedoch kein (neues) anschauliches Modell zur Beschreibung; betrachtet man den mathematischen Formalismus (Feynmandiagramme) so ist streng genommen gar kein anschauliches Modell erkennbar; 3) versucht man die Messergebnisse mittels eines klassischen Bildes zu erklären, so landet man wieder beim Teilchenmodell.

Hallo Tom,

Danke für die Mühen mir das verständlich zu machen.
Vielleicht ist das Problem für mich noch etwas grundsätzlicher Natur:

tomS hat geschrieben:Der Comptoneffekt ist .... ein Effekt, der ... nur mit dem Teilchenmodell erklärt werden kann

Es geht mir dabei um das Wort "kann".
Es bedeutet, dass es kein anschauliches Modell gibt und auch je geben wird (für alle Zeit und immer).
Ich vermute nämlich, dass man bisher nicht alle denkbaren und noch ungedachten Modelle mathematisch ausschliessen konnte.
Somit stellt sich dann die Frage: Wieviele Jahre des Versuchens genügen, um etwas als unmöglich zu bezeichnen?

In der Mathematik ist es meines Wissens anders:
Dort gilt eine Vermutung manchmal über Jahrhunderte als unbewiesen (bis sie definitv bewiesen oder falsifiziert ist).
Mir scheint, dass dieses Prinzip in der Physik nicht immer gilt: Wenn man einfach genügend lange erfolglos versucht hat etwas zu erreichen, dann kann es als unmöglich bezeichnet werden?

Für mich sind die physikalischen Erkenntnisse im Prinzip eine riesiges Konstrukt an gegenseitig verzahnten Gedankenketten.
Dabei ist es wichtig, das die ersten Gedanken (die Grundpfeiler) wirklich richtig verankert sind. In den äusseren Bezirken kann ich sicher Versuche machen (String-Theorie, ...) und diverse Hypothesen ausversuchen.
Aber die Grundpfeiler selber müssen stimmen.
(Nur dass mein Haus trotz schwachem Fundament noch nicht eingestürtzt ist, erlaubt mir noch nicht das Haus immer höher und höher zu bauen).

Aber ich muss zugeben, ich habe selber auch kein besseres Modell.
Nur macht das das bestehende Modell noch nicht richtig (jedenfalls den Teilchenaspekt vom Dualismus).

Gruss, Gepakulix