NATuQuTAN   Teil III

Dieser Mehrteiler ist eine sehr willkommene Spende von Magister Botanicus, der sich mit wissenschaftlich-universitärem Blick dem widmet, was hier im WurzelWerk als FeinStoffliches zu finden ist.  

Die Dualität von Welle und Teilchen

Was, zum Geier, heißt das? Haben wir nicht irgendwo mal gehört, dass Radiowellen elektro­magnetische Strahlung sind - und die durchdringen ja schließlich sogar Wände, wie sollen dass denn nun plötzlich Teilchen sein? Teilchen, die Wände durchdringen?

Ja, genauso ist es. Und genau an diesem Problem schien sich auch schon Albert Einstein die Zähne auszubeißen. Einmal verhielt sich eine bestimmte Sorte von Quanten, also Licht, wie eine Welle, war also in der Lage feste Materie zu durch­dringen. Bei einer anderen Versuchsanordnung verhielten sich diese Quanten wie Teilchen und wurden von fester Materie z.B. zurückgeworfen oder absorbiert.

Mittels einer komplizierten mathematischen Operation konnte Einstein allerdings im Jahre 1929 den Beweis antreten, das alle Quanten gleichzeitig Welle und Teilchen sind - es kommt nur darauf an, wie man die Versuchsanordnung aufbaut. Deswegen wurde auch der Begriff "Quant" genutzt - ein Quantum Energie, welches gemessen und quantifizierbar wird, wenn eine abgegrenzte Portion Energie a) sich fortbewegt und auf ein anderes Quant b) trifft und mit ihm Energie austauscht.


Energieübertragung zwischen Quanten

Um vorheriges Beispiel deutlicher zu machen - jeder von uns kennt zumindest das Prinzip des Murmelspiels. Nehmen wir unsere bunten, verschieden großen Murmeln aus dem Kapitel zuvor und legen sie vor uns hin (Elementarteilchen bzw. Quanten mit Ruhemasse). Jetzt denken wir uns eine weitere Murmel dazu, die ständig in Bewegung ist, ohne unterlass herumrollt (z.B. ein Lichtquant ohne Ruhe­masse). Wenn sie an eine der anderen Murmeln stößt, tauscht sie Bewegungsenergie mit dieser Murmel aus, d.h. die angestoßene Murmel bewegt sich ent­sprechend der Stärke des Anstoßes und ihrer eigenen Masse.

Liegen nun die Murmeln in einer ganz bestimmten Anordnung - bilden sie etwa eine Gasse oder eine Barriere - sind die Auswirkungen verschieden sein. Denn trifft die sich be­wegende Murmel die Gasse, so passiert mit den anderen nichts - stößt sie gegen eine Barriere, die massiv genug ist, überträgt sich ihre Energie komplett auf die anderen Murmeln oder aber sie prallt ab.

Fotonenspiele

In der Physik kann unser Murmelspiel wie folgt beschrieben werden: Ein Foton, also ein Lichtquant, bewegt sich auf ein Elektron zu, welches sich um den Atomkern be­wegt. Nehmen wir weiterhin an, dass die Energie dieses Fotons genau so groß ist, um das Elektron in einen höheren energetischen Zustand zu versetzen. "Verfehlt" das Foton das Elektron, passiert gar nichts. Trifft das Foton das Elektron genau, muss es die Energie des Fotons absorbieren - und passieren zwei Dinge gleichzeitig:

1. Das Foton verschwindet! ("Wohin?" - der Red.-Elch)

2. Das Elektron "springt" ("Wie?" - der Red.-Elch) von einer Kreisbahnebene in die nächst höhere, da sein energetischer Zustand nicht in diese Kreisbahn gehört. Jedoch ist dieser neue Zustand, in welchem sich das Elektron befindet, instabil!

Die Fragen des Red.-Elch sind berechtigt, aber es kommt noch besser! Was denken Sie, passiert, wenn betreffendes Elektron - was verschiedene quantenphysikalische Gründe haben kann - wieder auf seine "alte", im zugeordnete und stabile Ebene zu­rückspringt?

Es entsteht ein neues Foton! ("Woher?" - der Red.-Elch)

An dieser Geschichte und wie sie zu erklären sei, habe viele Quantenphysiker fast ihr Leben lang gearbeitet. Die Modellvorstellung für das "Wohin" und "Woher" des Fotons, die Physiker als Erklärungsmöglichkeit benutzen, beschreibt die Fotonen nun als virtuelle - also lediglich vor­stellbare - Teilchen.

Nur vorstellbar deswegen, da sie ja eine imaginäre - d.h. nicht vorhandene - Ruhe­masse besitzen und sich nur über ihre Bewegungsenergien definieren und quantifi­zieren lassen. Gibt ein Foton seine Energie vollständig an ein anderes Quant ab, wird es vollständig virtuell! Denn es bleibt keine Energie mehr übrig, um festzustellen ob es noch existiert. Es verliert damit seine Stoff­lichkeit und damit seine Eigenschaft, Materie zu sein.

Obwohl das virtuelle Prinzip des Fotons selbstverständlich erhalten bleibt und - wenn die Bedingungen stimmen (wie das obige Beispiel mit dem Elektron zeigt!) - auf dieses virtuelle Prinzip wieder Energie übertragen werden kann und es damit materiell als Foton wieder nachweisbar wird.

Bei dem Beispiel mit den Murmeln würden wir eine weitere Murmel hinzufügen wollen, die wir uns zunächst nur vorstellen, ohne sie wirklich in der Hand zu halten (virtuelles Prinzip). Jetzt bewegen wir unseren Arm (fügen dem System Energie zu), so wie wenn wir auf eine der existierenden Murmeln unsere gedachte Murmel wer­fen wollten.

Und tatsächlich, aus unserer Hand rollt eine Murmel - sozusagen die Manifestation der Bewegungsenergie, die dem Prinzip folgt, welches wir als Regel festgelegt haben. Nein, nein, wir sind noch nicht im magischen Teil unserer Über­legungen angekommen!

Es scheint tatsächlich und naturwissenschaftlich nachweisbar eine virtuelle oder vor­stellbare Ebene von Prinzipen zu geben, die überall im Universum den selben Regeln folgt. Bestimm­bare und erforschte Energieübertragungsmechanismen ("Länger ging´s wohl nicht?" - der Red.-Elch) werden ganz bestimmte Prinzipien zu­ordnet oder umgekehrt, auch wenn diese Prinzipien nicht materieller Natur sind - sondern den Charakter eines Naturgesetzes haben.


Der Tunneleffekt

So auch die Sache mit dem "springenden" Elektron. Natürlich springt das Elektron nicht auf eine andere Bahn, das darf es nicht, denn es kann sich nur entweder in der einen oder in der anderen Kreisbahn um den Atomkern befinden.

Auch hier konn­ten experimentelle Studien und mathematische Überlegungen klarmachen, wie die Elektronen das hinkriegen, Physiker haben das den "Tunneleffekt" genannt.

Die Elektronen scheinen auf der einen Kreisbahn zu verschwinden, um im gleichen Moment auf der anderen Bahn wieder aufzutauchen. Sie scheinen damit die materielle Bezugsebene zu ver­lassen und gleichzeitig ihren Platz - nur an anderer Stelle - wieder einzunehmen. Hier wird offensichtlich Energie (die des Elektrons plus der Energie des Fotons an der alten Stelle) einem Prinzip (dessen des Platzes, wo es sich aufhalten darf) zugeordnet, während im anderen Fall die Zuordnung eines Prinzips (des virtuellen Fotons) zu einer Energie (die das abwärts-bahn­wechselnden Elektron abgab) war.


Ende Teil III


Magister Botanicus


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