Unsere Welt zu verstehen:  Wellen Teilchen

 

 
Die Wellen und Teilchen der Quantenphysik beschreiben

Energieportionen und ihr Verhalten

— hmsgnr0462z

 
 
Wie das Fourier-Theorem zeigt, ist alles, was man Welle nennt, genau genommen Summe harmonischer (d.h. sinusförmiger) Wellen. Erst sie stellen je eine unteilbare Portion von Energie dar, und so ist letztlich nur jede solche Portion das, was man » ein unteilbares Teilchen « nennt (informationstheoretisch gesehen: » ein QuBit «).
 

Ein besonders häufig diskutiertes Beispiel harmonischer Wellen sind Photonen:
 
Jedes Photon breitet sich um den Ort seines Entstehens herum aus als Oberfläche einer Kugelwelle, deren Radius sich mit Lichtgeschwindigkeit vergrößert. Da diese Welle nun aber um Hindernisse herum gebeugt wird, nimmt sie sehr schnell mehr oder weniger stark "verbeulte" Form an. Das geht so weit, dass wenn sie auf ein Gitter trifft, sie zwischen den Stäben des Gitters durchquillt und ihre so entstehenden Lappen sich hinter dem Gitter dann sogar überlagern (weswegen dann z.B. im Doppelspalt-Experiment auf einem Schirm hinter den beiden Spalten, durch die Licht kommt, Inteferenz zu sehen ist). Genauer:
 
Was sich auf dem Schirm hinter den Spalten zeigt, sind Punkte, deren jeder eine Stelle ist, an der ein durch den Doppelspalt gekommenes Photon seine Energie an ein Atom des Schirms abgegeben hat:
 
Da das Atom jene Energie aufnimmt, dann aber sofort wieder abgibt, so dass sich der Schirm, wenn er aus lichtempfindlichen Materiel besteht, dort verändert, sehen wir jenen Punkt.
 
Da die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Photon an einer bestimmten Stelle des Schirms mit dem Schirm vereinigt — dort also seine gesamte Energie schlagartig abgibt und aufhört zu existieren — an den Stellen am größten ist, an denen die Amplitude der harmonischen Welle am größten ist, gruppieren sich solche Stellen dann zu einem Interferenzmuster, das wir als Interferenz von Wahrscheinlichkeitwellen deuten können.
 
Bei Materiewellen ist es im Prinzip ebenso, nur dass man sie gleich von vorn herein als Wahrscheinlichkeitswellen deutet. Letzten Endes aber existiert auch jede Materiewelle nur als Summe harmonischer Wellen, deren jede Auf- und Abbau von Kraft darstellt, d.h. wellenförmig schwankendes Potential, Wirkung hervorzurufen.

 
Vieles, was im Standardmodell der Elementarteilchenphysik als Elementarteilchen gilt, ist tatsächlich ein ganzes Wellenpaket, also Summe harmonischer, sich im Raum ausbreitender Kugelwellen. Wie Heisenbergs Unschärferelation (angewandt auf das Paar Energie und Lebensdauer einer harmonischen Welle) zeigt, ist dieses Wellenpaket sogar in ständiger Abänderung seiner selbst begriffen.