Was ist eine de-Broglie-Welle?
Aus Sicht der Quantenfeldtheorie ist jedes Teilchen nur Anregung eines Quantenfeldes, d.h. ein Paket von Wellen im Feld, wobei wir den Schwerpunkt dieses Wellenpakets als das Teilchen wahrnehmen.Beobachtbar wird das Teilchen nur über seine Wirkung auf andere Teilchen. Wo und wann solche (dann stets lokalisierte) Wirkung mit welcher Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist, sagt uns das Quadrat der dem Teilchen zugeordneten de-Broglie-Welle:
Quelle: Suter & Uhrig, S. 43
Es ist wichtig, sich klar gemacht zu haben, dass die Welle nicht einfach dem Teilchen entspricht, sondern nur dem sich mit bestimmter Geschwindigkeit bewegten Teilchen:
( und damit seine Wellenlänge λ = h/p ).
Man beachte auch: Die "Wellenlänge" λ = h/p darf nicht allzu wörtlich genommen werden, denn sie ist ein Mittelwert, genommen über alle Wellenlängen, die in dem als de-Broglie-Welle bezeichneten Wellenpaket auftreten. Sie ist nur so scharf definiert, wie das Fourier-Theorem es zulässt. Wenn sie exakt gegeben wären, müsste das System räumlich und zeitlich unendlich ausgedehnt sein. Das entspricht genau der Heisenbergschen Unschärferelation: Je genauer wir die Frequenz (Energie) kennen, desto weniger genau kennen wir den Zeitpunkt, und je genauer wir die Wellenlänge (den Impuls) kennen, desto weniger genau kennen wir den Ort. Übrigens entspricht die Heisenbergsche Unschärferelation genau der durch die Fourier-Transformation bedingten Relation zwischen den "konjugierten" Größen der Wellenfunktionen (siehe [1]).
Gewöhnlich sieht man von solchen Feinheiten ab und betrachtet die de-Broglie-Wellenlänge λ als definiert durch die Gleichung
( m die relativistische Masse, v die Geschwindigkeit des Materieteilchens und h das Wirkungsquantum )
Siehe auch:
- Materiewellen /m
- De Broglies Nobel Lecture (1929)
- Herleitung der De-Broglie-Wellenlänge
- Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Materiewelle:
-
Man muss berücksichtigen, dass es bei Wellenpaketen zwei Geschwindigkeiten gibt.
Zum einen die Phasengeschwindigkeit u, zum anderen aber die Gruppengeschwindigkeit v, die sagt, wie schnell sich ein Wellenpaket als Signal bzw. Teilchen fortbewegt.
Nach de-Broglie gibt es dazwischen den Zusammenhang u v = c2 .
Da v (die Teilchengeschwindigkeit) aber immer kleiner als c ist, folgt daraus, dass u immer größer sein muss. Das ist kein Widerspruch zu irgendeiner Theorie, da ja die Phasengeschwindigkeit keinerlei Transport von irgendwas beschreibt. - Rechnungen dazu ...
- Experimente dazu ... bis hin zu C60F48
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Quanten und de-Broglie-Welle