Ist der Welle-Teilchen-Dualismus ein echter Dualität?

Dualität ist die Beziehung zwischen zwei Entitäten, von denen behauptet wird, dass sie grundsätzlich gleich wichtig oder legitim sind wie Merkmale des zugrunde liegenden Objekts.

Die genaue Definition einer "Dualität" hängt vom Kontext ab. Beispielsweise bezieht sich in der Stringtheorie eine Dualität auf zwei scheinbar unäquivalente Beschreibungen eines physikalischen Systems, deren physikalische Konsequenzen, wenn sie absolut genau untersucht werden, absolut identisch sind.

Die Welle-Teilchen-Dualität (oder Dualismus) ist nicht weit von dieser "extremen" Form der Dualität entfernt. Es besagt tatsächlich, dass Objekte wie Photonen (und daraus zusammengesetzte elektromagnetische Wellen) und Elektronen sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften aufweisen und gleichermaßen natürlich, möglich und wichtig sind.

Tatsächlich können wir sagen, dass es zwei äquivalente Beschreibungen von Teilchen gibt – in der Ortsbasis und in der Impulsbasis. Ersteres entspricht dem Teilchenparadigma, letzteres dem Wellenparadigma, da Wellen mit wohldefinierten Wellenlängen durch einfache Objekte repräsentiert werden.

Es ist sicherlich nicht wahr, dass Young falsch lag und Newton Recht hatte. Bis zum 20. Jahrhundert schien es offensichtlich, dass Young mehr Recht hatte als Newton, weil Licht unbestreitbar Welleneigenschaften aufweist, wie in Youngs Experimenten und Interferenz- und Beugungsphänomenen im Allgemeinen gezeigt wurde. Die gleichen Wellenphänomene gelten für Elektronen, die sich in vielen Zusammenhängen ebenfalls wie Wellen verhalten.

Tatsächlich heißt die hochmoderne „Theorie von fast allem“ Quantenfeldtheorie und basiert auf Feldern als fundamentalen Objekten, während Teilchen nur ihre quantisierten Anregungen sind. Ein Feld kann Wellen haben und die Quantenmechanik sagt das nur für eine feste Frequenz$f$, muss die in der Welle transportierte Energie ein Vielfaches von sein$E=hf$. Die Ganzzahl, die das Vielfache zählt, wird als die Anzahl der Teilchen interpretiert, aber die Objekte sind im Grunde genommen Wellen.

Man kann auch eine Perspektive oder Beschreibung annehmen, in der Teilchen elementarer aussehen und die Wellenphänomene nur eine sekundäre Eigenschaft von ihnen sind.

Keiner dieser beiden Ansätze ist falsch; keiner von ihnen ist "qualitativ genauer" als der andere. Sie sind wirklich gleichermaßen gültig und gleichermaßen legitim – und mathematisch äquivalent, wenn sie richtig beschrieben werden – weshalb das Wort „Dualität“ oder „Komplementarität“ so passend ist.

Effektiv, wie die CERN-Website betont

Die Theorien und Entdeckungen von Tausenden von Physikern im vergangenen Jahrhundert haben zu einem bemerkenswerten Einblick in die grundlegende Struktur der Materie geführt: Alles im Universum besteht aus zwölf Grundbausteinen, den sogenannten Elementarteilchen, die von vier Grundkräften beherrscht werden.

Es muss betont werden, dass sie sich auf Quantenteilchen beziehen. Ein Quantenteilchen ist kein Newtonsches Teilchen. Ein Quantenteilchen ist keine Welle. Ein Quantenteilchen verhält sich niemals wie eine Welle, weshalb die Disziplin, die Quantenteilchen wie Elektronen, Quarks oder Photonen untersucht, „Teilchenphysik“ und nicht „Wellenphysik“ genannt wird.

Ihre Frage zur Welle-Teilchen-Dualität wird auf der Klein-Site gut beantwortet :

wahre Welle-Teilchen-Dualität existiert nicht.

Die Website enthüllt auch interessante historische Details darüber, wie die falschen Überzeugungen über Dualität und Komplementarität auf frühen Missverständnissen der Quantentheorie beruhten, sowie einige technologische Einschränkungen der Apparatur, die in frühen Doppelspalt-Interferenzexperimenten verwendet wurde.

Sind „Teilchen“ wirklich „Wellen“? In den frühen Experimenten wurden die Beugungsmuster ganzheitlich mit Hilfe einer fotografischen Platte nachgewiesen, die einzelne Partikel nicht erkennen konnte. Infolgedessen wuchs die Vorstellung, dass Teilchen- und Welleneigenschaften in dem Sinne inkompatibel oder komplementär seien, dass verschiedene Messgeräte erforderlich wären, um sie zu beobachten. Diese Idee war jedoch nur eine unglückliche Verallgemeinerung einer technologischen Beschränkung. Heute ist es möglich, die Ankunft einzelner Elektronen zu detektieren und das Beugungsmuster als statistisches Muster aus vielen kleinen Punkten entstehen zu sehen (Tonomura et al., 1989).

Heute wissen wir, dass es keinen Welle-Teilchen-Dualismus gibt und die moderne Literatur vermeidet den Begriff:

Der wundersame „Welle-Teilchen-Dualismus“ gedeiht weiterhin in populären Texten und elementaren Lehrbüchern. Allerdings ist die Häufigkeit des Auftretens dieses Begriffs in wissenschaftlichen Arbeiten in den letzten Jahren zurückgegangen (dasselbe gilt für Bohrs Begriff der Komplementarität).

Wenn es einen Welle-Teilchen-Dualismus gäbe oder eine grundlegende Rolle spielen würde, wäre er in modernen Lehrbüchern zu finden. Ein Kritiker in den Kommentaren appelliert an die Quantenfeldtheorie, aber Tatsache ist, dass man den Begriff "Welle-Teilchen-Dualismus" weder in den Verzeichnissen neuerer Quantenfeldtheorie-Lehrbücher wie Weinberg (Band I) noch in Klassikern wie dem von Mandl findet & Shaw. Wieso den? Denn in der Natur gibt es keinen „Welle-Teilchen-Dualismus“.

Sie können auch das wissenschaftliche Glossar des CERN überprüfen und sicherstellen, dass es keinen Eintrag oder keine Erwähnung zu "Welle-Teilchen-Dualität" gibt. Wieso den? Denn in der Natur gibt es keinen „Welle-Teilchen-Dualismus“.

Einige Leute glauben, dass die Wellenfunktionen, die in einigen QM-Formulierungen verwendet werden, echte Wellen sind, aber das ist ein Fehler. Eine Welle ist ein physikalisches System, das Energie und Impuls transportiert. Eine Wellenfunktion ist eine mathematische Funktion, die nicht beobachtet werden kann. Wellenfunktionen sind nur eine angenäherte Möglichkeit, die Zustände echter Quantenobjekte in bestimmten Formulierungen der QM darzustellen. Der Quantenzustand eines offenen Systems kann nicht durch eine Wellenfunktion dargestellt werden. Es ist nicht nur eine Frage der Semantik.

Wie die oben zitierte Klein-Site klar erklärt, können alle Quantenphänomene, einschließlich Interferenzmuster, ohne jede Welle-Teilchen-Dualität erklärt werden.

Man würde auch Experimente wie das des Doppelspalts mit Elektronen analysieren. Wie oben erwähnt, ist es heute möglich, die Ankunft einzelner Elektronen zu detektieren und zu sehen, wie das Beugungsmuster als statistisches Muster aus vielen kleinen Punkten entsteht. Um das statistische Interferenzmuster zu erhalten, müssen Sie das Experiment über einen bestimmten Zeitraum wiederholen und die Ergebnisse jedes einzelnen Durchlaufs in einer endgültigen statistischen Zahl überlagern

Das beobachtete statistische Interferenzmuster entspricht einer statistischen Verteilung von Positionen verschiedener Teilchen zu unterschiedlichen Zeiten. Für ein einzelnes Elektron gibt es kein Wellenverhalten:

Die Manifestationen von wellenartigem Verhalten sind statistischer Natur und ergeben sich immer aus dem kollektiven Ergebnis vieler Elektronenereignisse. Im vorliegenden Experiment ist beim Auftreffen einzelner Elektronen auf der Beobachtungsebene nichts Wellenartiges erkennbar. Erst nach der Ankunft von vielleicht Zehntausenden von Elektronen entsteht ein Muster, das als wellenartige Interferenz interpretiert werden kann.

Beachten Sie, dass der Autor richtig „wellenartig“ schreibt, da im Experiment keine echte Welle erkannt wird , sondern nur ein statistisches Muster im Detektor beobachtet wird.

@annaV hat eine ausgezeichnete Bemerkung über unser modernes Verständnis dieses Experiments geschrieben. Ich möchte hinzufügen, dass die jüngsten Fortschritte in der Quantentheorie es uns ermöglichen, die Flugbahn jedes Teilchens im Experiment zu berechnen. Das Ergebnis der theoretischen Simulation des Partikels gefolgt von jedem Partikel in einem Doppelspaltexperiment ist

die genau das beobachtete Verhalten und das genaue Interferenzmuster im Doppelspaltexperiment vorhersagt.

Leider wurde die Entwicklung der Quantenmechanik von Mythen und Missverständnissen geplagt. Ich würde das Ballentine-Lehrbuch für eine gründliche und fortgeschrittene Behandlung der Quantenmechanik ohne alte Missverständnisse wie "Welle-Teilchen-Dualismus" empfehlen:

Dieser Ansatz ersetzt die heuristischen, aber nicht schlüssigen Argumente auf der Grundlage von Analogie und Welle-Teilchen-Dualität, die den ernsthaften Studenten so frustrieren.

Quantum Mechanics a Modern Development gilt heute als eines der besten Lehrbücher.

Ich denke, Sie werden von den Antworten weniger verwirrt sein, wenn Sie sich klar vor Augen halten, dass Wellengleichungen spezifische Differentialgleichungen sind, die für viele klassische Systeme gelten, die seit über zwei Jahrhunderten sehr detailliert untersucht werden, wie sie sich auf Licht und Schall und Flüssigkeiten beziehen.

So kam es, dass die Differentialgleichungen, die zuerst das beobachtete quantisierte Verhalten des Mikrokosmos beschrieben, wie die Schrödinger-Gleichung auch Wellengleichungen sind. Deshalb spricht man von Wellenfunktionen. Aber, und das muss immer wieder betont werden, was die quantenmechanischen Lösungen beschreiben, sind keine Wellen in der Größe des „Teilchens“ in$(x,y,z,t)$sondern die Wahrscheinlichkeit , ein "Teilchen" zu finden$(x,y,z,t)$oder mit einem Vierervektor$(p_x,p_y,p_z,E)\;.$

Die Terminologie „Teilchen“, die in der klassischen Physik nützlich ist, wie zum Beispiel bei den Molekülen eines idealen Gases, sorgt hier für Verwirrung. Wir sollten sie „elementare Entitäten“ nennen, die für einige Manifestationen als Wahrscheinlichkeitswellen beschrieben werden können, wie in dem Bild mit zwei Schlitzen in Juanrgas Antwort hier, und manchmal als Partikel mit klassischem Verhalten, dh mit spezifischen Koordinaten und spezifischen vier Vektoren, die ihre Bewegung beschreiben , für andere Verhaltensweisen.

Diese Elektron-Positron-Paare treten spezifisch auf$(x,y,z,t)$mit bestimmten vier Vektoren in diesem Blasenkammerfoto.

Sehen Sie, das Abfeuern aufeinanderfolgender Elektronen, eines nach dem anderen, in der Doppelspalt-Versuchsanordnung offenbart tatsächlich einzelne Elektronendetektionsereignisse auf der Detektorplatte; und es ist auch wahr, dass nach vielen solchen Ereignissen ein Muster entsteht, das mit einem Interferenzmuster übereinstimmt. Einfach zu sagen, dass das Interferenzmuster aus dem statistischen Muster vieler Erkennungsereignisse resultiert, erklärt überhaupt nicht, warum dieses Muster zufällig eines ist, das mit Welleninterferenz übereinstimmt! Die einzelnen Detektionsereignisse stimmen tatsächlich mit der Teilchennatur des Elektrons überein, aber das Welleninterferenzmuster, nachdem viele solcher Einzelereignisse akkumuliert wurden, ist mit der Wellennatur des Elektrons vereinbar. Anstatt die Wellennatur des Elektrons zu verwerfen, was beschrieben wurde, demonstriert tatsächlich ganz klar die Welle-Teilchen-Dualität, die einige als real zu leugnen versucht haben. Das Interferenzmuster muss ausschließlich teilchenphysikalisch erklärt werden, wenn man die Wellennatur des Elektrons leugnen will, und das habe ich noch nicht gesehen. Andererseits habe ich noch keine Erklärung dafür gehört, wie eine "Wahrscheinlichkeitswelle" tatsächliche physikalische Störungen aufweisen kann, wenn sie nur eine mathematische Abstraktion ist. Also muss auch der Wellenaspekt der Wellen-Teilchen-Dualität weiter erklärt oder verstanden werden.

Obwohl alles aus Partikeln besteht, sind sie keine typischen „ Billardkugel “-Partikel, weil sie eine Phase haben.

^Quelle

Die Folge davon ist, dass sie bei adäquater Aufstellung Störbeispiele aufzeigen . Zum Beispiel:

• Beim Doppelspalt-Experiment treffen Teilchen nach Interferenzmustern statt nach einfachen Streuungen auf den Schirm

• In einem Atom sind Elektronen an bestimmte Orbitale gebunden, die seinen Resonanzfrequenzen entsprechen

und viele mehr.

Mit anderen Worten: Hatte nicht Young Unrecht und Newton Recht, anstatt dass beide Recht hatten?

Die Lokalisierung definiert, was die meisten Physiker als Teilchen betrachten würden, dh. ja, Newtons Äther – die Natur von ihrem trägen Zustand befreiend. Aber die Physik des 20. Jahrhunderts hängt immer noch von der inerten Phase ab und kann nicht leugnen, dass Wellen das Herzstück des SM sind. Aber wenn wir die Mathematik modifizieren können, werden wir dann Wellen los (wie jemand am CERN sagt)? Immer noch NEIN . Die Dualität ist ein tiefes Prinzip für eine Quantenwelt, auch wenn die Natur der Wellen in der Quanteninformationstheorie noch geklärt werden muss.

Erinnern Sie sich, dass die Heisenbergsche Unschärferelation abgeleitet werden kann, indem man die De-Broglie-Regel für Wellen-Materie nimmt (Wellenlängen-Grenzauflösung). Diese Verwendung von Masse ist physikalischer als die klassische, bei der es sich wirklich nur um einen Parameter handelt. (Ironischerweise war es, wie Sie wissen, Newton (und Descartes und Galileo), der die Verwirrung des inerten Stadiums initiierte). Jetzt wird uns beigebracht, an Lichtwellen in einem „Vakuum“ a la Maxwell zu denken, aber das würde Newton dazu bringen, sich in seinem Grab umzudrehen. Wir müssen an die entstehende Hintergrund-Raumzeit denkenaus den em-Feldern. Dies ist die moderne Sichtweise (aber bisher scheint sie noch niemand zu verstehen). Dann beschreiben Wellen und Teilchen zwei unterschiedliche Eigenschaften der Raumzeit – eine lokale (Ereignisse) und eine nichtlokale (Interferenz usw.). Wir gehen davon aus, dass neue Theorien beide Arten von Informationen benötigen. Das ist alles eine zu starke Vereinfachung, aber sehen Sie, wie Newton nur für die Ideen des 20. Jahrhunderts richtig ist und nicht darüber hinaus. Also liegt Young im Kontext des alten Äthers immer noch falsch, aber die Kontinuität der Ideen von der klassischen Optik bis hin zu QM und QFT darf nicht vergessen werden, wenn wir die Idee der Wellenfunktionen auseinander nehmen. Beachten Sie auch, dass die historischen Experimente sehr darauf bedacht waren, zu demonstrieren, dass sowohl Wellen als auch Teilchen Aspekte der zugrunde liegenden Natur sind – und unseres schwachen Verständnisses.

Wo ist denn de Broglie jetzt? Die Unschärferelation in der Stringtheorie verwendet tiefe mathematische Dualitäten (STU). Im Prinzip kommt es von einem modifizierten de Broglie-Prinzip (ich kenne leider keinen guten Schiri). Dies geht weit über die ursprüngliche WPD hinaus, unterstreicht aber meiner Meinung nach die Bedeutung der WPD. Ein Ereignis ist nicht nur ein Punkt der klassischen Raumzeit (weil dies in einer Theorie mit Unsicherheit unphysikalisch ist), daher ist WPD in gewissem Sinne die beste Idee, die wir haben, um Raumzeitzustände aus lokalen und nicht lokalen Informationen zu erstellen.

Lassen Sie mich Ihnen zuerst dieses Beispiel zeigen, wir finden eine Menge davon im Netz:

Hier sind die Detektoren die Flächen des Kastens, wo sich der Zylinder befindet. Meistens wird dieses Beispiel verwendet, um die Dualität der Wellen-Teilchen-Dualität zu veranschaulichen. Und wie wir sehen können, können die Detektoren einen Kreis (im gelben Detektor) oder ein Quadrat (im blauen Detektor) erkennen. Aber der Zylinder ist kein Quadrat, kein Kreis und nicht mehr beides gleichzeitig. Es ist nur ein Zylinder.

In Wirklichkeit gibt es also keine echte Wellenteilchen-Dualität.

Was wir sagen können, ist eher so: In der Physik versuchen wir, die Gleichung zu finden, die das Verhalten der Dinge regelt, und dafür verwenden wir Mathematik, und in allen Fällen sagen wir (und wir müssen sagen, wenn es eine Annäherung ist), dass alles wie folgt ist wenn (hier ist der Punkt, der unten erklärt wird) es dies oder das ist.

Erklärung :

Betrachten Sie nur eine einfache Sache, die wir in der Mechanik tun können. Wenn Sie wissen wollen, was mit einem Gegenstand passiert, wenn Sie ihn in die Luft werfen. Wenn Sie nur ihr Gewicht als Kraft betrachten und nicht mehr, werden Sie feststellen, dass ihr Weg eine Parabel ist. Und wenn Sie einen Film von Ihrem Objekt in der Luft machen und seine Position Bild für Bild betrachten, werden Sie zu dem Schluss kommen: „ Alles geht wie wennDer Weg meines Objekts ist eine Parabel." Aber in Wirklichkeit ist es falsch, es gibt Reibungen aufgrund der Luft, und die Erde dreht sich herum, dann gibt es eine Trägheitskraft usw. Mit der Zeit werden wir immer präziser unser Kalkül, und wenn Sie verschiedene Gleichungen für Ihren Weg kennen und wenn Sie einen sehr guten Detektor (anstelle Ihrer Augen) haben, haben Sie die Möglichkeit zu sagen: "Oh ja, es ist so, als ob alles so läuft, wie diese Lösung dieser Gleichung versucht darzustellen.

Kommen wir nun zurück zur Dualität. Wir haben einige Gleichungen, die mehr oder weniger gut erklären, was in der Quantenmechanik passiert ist. Und für einige Lösungen einiger Gleichungen können wir im Young-Experiment sagen, dass alles so läuft, als ob die „Teilchen“ Wellen wären, und für den photoelektrischen Effekt können wir sagen, dass alles so läuft, als ob die „Teilchen“ Teilchen wären. Aber in Wirklichkeit wissen wir nicht, was genau sie sind. Und wie wir mit dem Zylinder sehen, können wir daraus schließen, dass es möglich sein sollte, dass "Teilchen" keine Teilchen oder Wellen sind und nicht mehr beides gleichzeitig.

Als Einstein versuchte, die photoelektrischen Phänomene zu erklären, stellte er Photonen nicht als Teilchen dar, sondern wie eine Energiedichte, die sich in einem sehr kleinen Raum ausbreitet (hier ist es für mich schwierig, aus dem Französischen zu übersetzen, ich werde einen Freund fragen und später ändern wenn es falsch ist) eine elektromagnetische Welle, die das Licht ist. Und das Photon wird nur als die Energie dargestellt, die es trägt.

Als Schlussfolgerung können wir sagen, dass die Wellen-Teilchen-Dualität nicht wirklich real ist. Manchmal wird es zur Lösung eines Problems einfacher sein, zu berücksichtigen, dass das "Teilchen" eine Welle ist, weil die Gleichungen besser funktionieren, und für einige andere Probleme wir werden sie aus den gleichen Gründen als Partikel betrachten. Aber wir wissen nicht, was genau sie sind, und sie sind in der Mathematik definiert, haben Wahrscheinlichkeitsdichte, und in der Realität geht alles so, wenn es der Fall ist, aber in Wirklichkeit (ohne Maß, weil wie Sie in meinem Beispiel sehen können Der Zylinder, das Maß verwandeln die Realität in etwas wirklich anderes, hier zweidimensionale Objekte für eins in drei Dimensionen), es muss etwas wirklich anderes sein, wir werden es vielleicht nie sehen oder uns nie vorstellen, weil unser Gehirn zu begrenzt ist.

Ihre Wahrnehmung der Realität basiert auf Ihrem in der Alltagswelt entwickelten IQ. Wende es nicht an, um die Quantenwelt zu verstehen.

Alle Bewohner des Quantenreichs sind etwas, das wir noch nicht vollständig verstanden haben. Sie sind weder Teilchen noch Wellen ... sie sind etwas anderes. Unsere Alltagssprachen haben keine Worte, um solche Dinge zu benennen.

Das Doppelspaltexperiment von Young besagt, dass es sich um Wellen handelt (Doppelspaltexperiment kann auch mit Atomen, Elektronen usw. durchgeführt werden, nicht nur mit Licht). Compton Scattering & Photoelectric Effect sagen, dass sie Teilchen sind. Durch die Kombination der Ergebnisse aller gültigen Experimente besitzen sie gleichzeitig Eigenschaften von Wellen und Teilchen. Der gesunde Menschenverstand kann das leugnen, aber es ist wahr.

Die moderne Version von Youngs Doppelspaltexperiment:
Falls Sie es nicht wissen, wenn Licht von derselben Quelle durch zwei parallele Spalte geleitet wird, entsteht auf dem zweiten Bildschirm ein Interferenzmuster wie ein Strichcode. Es ist wie eine Wasserwelleninterferenz.

In einer modernen Version des Experiments werden an vielen Stellen des zweiten Bildschirms empfindliche Detektoren platziert, um die Ankunft von Photonen zu zählen. Die Ergebnisse sind interessant: Es ist das gleiche wie das Ergebnis von Young. Das weiße Band erhält eine sehr hohe Anzahl von Photonen und das schwarze Band erhält fast kein Photon. Aber das Problem ist: Interferenz ist eine Eigenschaft von Wellen. Wie kann es mit Partikelmodell sein? Es gibt keine Koordination zwischen Photonen. Sie sind völlig allein. Wie kann ein Photon wissen, wo sein Mitphoton landen würde? Nun, die Lösung dafür ist etwas knifflig. Siehe unten.

Um das Konzept der Dualität klarer zu visualisieren, schauen Sie sich die moderne Erklärung von Youngs Doppelspaltexperiment mit der Schrödinger-Gleichung an :
Licht offenbart sich entweder als Teilchenstrom oder als Welle. Wir sehen nicht beide Seiten der Medaille gleichzeitig. Wenn wir also Licht als einen Strom von Teilchen beobachten, gibt es keine Welle, die diese Teilchen darüber informiert, wie sie sich verhalten sollen und umgekehrt. Um das Problem zu lösen, schlug Erwin Schrödinger eine Idee vor (Physiker haben sich anfangs damit beschäftigt, aber es wurde zum Game-Changer der gesamten Physik). Er stellte sich eine abstrakte mathematische Welle vor, die sich durch den Raum ausbreitet, auf Hindernisse trifft und reflektiert und übertragen wird, genau wie eine Wasserwelle, die sich auf einem Teich ausbreitet. An Orten mit großer Wellenhöhe war die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen zu finden, am höchsten, und an Orten mit geringer Wellenhöhe am geringsten.
Mit der durch die Schrödinger-Gleichung beschriebenen Wahrscheinlichkeitswelle kann man diese außergewöhnliche Eigenschaft des Photons erkennen: Da das Photon entweder von Spalt 1 oder Spalt 2 übertragen werden kann, muss die Schrödinger-Gleichung die Existenz von zwei Wellen zulassen, von denen eine dem Photon entspricht, das durch den Spalt geht 1 und ein anderes, das dem Photon entspricht, das durch Spalt 2 geht. Hier nichts Überraschendes. Wenn jedoch zwei Wellen existieren dürfen, darf auch eine Überlagerung von ihnen existieren. Für Wellen auf See ist eine solche Kombination nichts Ungewöhnliches. Aber hier entspricht die Kombination etwas Außergewöhnlichem: Das Photon wird gleichzeitig von beiden Schlitzen gesendet!

Dasselbe gilt für jeden anderen Bewohner der Quantenwelt. Dies bedeutet, dass ein Atom, Elektron usw. an mehr als einem Ort gleichzeitig existieren und mehrere Dinge gleichzeitig tun kann (die Grundlage des kommenden Quantencomputers). Wenn Sie das Partikelmodell so sehen (was zu 100% richtig ist), wird Ihr gesunder Menschenverstand das Wellenmodell nicht ablehnen.

Ich würde das IMHO sagen, wenn ich über Photonen spreche (und dann verallgemeinere): Newton zeigte, dass sich Licht wie ein Teilchen verhielt, während Huygens zeigte, dass sich Licht wie eine Welle verhielt. Beide haben/hatten sicherlich Recht, da sie es gerade gezeigt haben! Was unter "Wellenverhalten" oder "Partikelverhalten" zu verstehen ist, mag in Frage gestellt werden, aber ich gehe davon aus, dass sich hier alle ungefähr einig sind, worauf ich mich beziehe.

Die Quantenmechanik (QM) hat gerade den Kampf beendet, indem sie das Bild vereinheitlicht und gezeigt hat, dass beide Beschreibungen für Materiezustände relevant sind! QM zeigt, dass ein Teilchen durch eine Wellenfunktion (darin sind sich alle hier einig) und somit durch eine Welle beschrieben wird. Obwohl die Wellenfunktion sicherlich nicht die herkömmliche klassische Welle ist, manifestiert sie sicherlich Welleneigenschaften wie Phase und Interferenz; das ist genau das, was wir Jungs hier alle darin einig sind, sie auf das "Partikelverhalten" zu verweisen.

Was oben gesagt wurde, glaube ich, dass sich alle einig sind. Was einige von uns vielleicht anderer Meinung haben, sind Aussagen wie "Wenn das Teilchenverhalten erkannt wird, kann das Wellenverhalten nicht angezeigt werden" und umgekehrt. Dieses Ausschlussprinzip ist irgendwie flüchtig und muss genau definieren, was wir unter Teilchen- oder Wellenverhalten verstehen. Üblicherweise sind die den Experimenten zugrunde liegenden Definitionen: „Teilchen“ werden an einer definierten Position detektiert, während Wellen interferieren“. Störungen verschwinden Sobald Sie diese Informationen löschen, treten Störungen auf Wenn wir das Ausschlussprinzip darauf beschränken, glaube ich wieder, dass sich hier alle einig sind.

Ich antworte lieber so. Das Teilchen x oder die Welle x kann ein Teilchen sein und es kann eine Welle sein, aber nicht gleichzeitig gemessen werden. Die Dualität bezieht sich meiner Meinung nach auf die Mathematik. Die Mathematik ist in beiden Fällen konsistent. Die Mathematik hat keine Beschreibung dafür, wann diese Entität ein Teilchen oder eine Welle sein soll, wenn sie gleichzeitig gemessen werden. Ich glaube nicht, dass irgendein Experiment die Teilchennatur und die Wellennatur gleichzeitig gemessen hat. Wie zum Beispiel beim Doppelspaltexperiment sehen Sie nicht, wie die Photomultiplier-Röhre ein Photon klickt, während Sie gleichzeitig ein Interferenzmuster im Vordergrund sehen, oder? Dualität existiert, aber es gibt nichts, was vorschreibt, dass Dualität nicht dem Gesetz der ausgeschlossenen Mitte folgen kann.

Es wäre ziemlich falsch zu behaupten, dass es kein Phänomen wie den Welle-Teilchen-Dualismus gibt, ohne vorher genau zu definieren, was man unter diesem Begriff versteht. Es besteht kein Zweifel, dass Teilchen aller Art, einschließlich großer Moleküle, die aus sehr vielen Atomen bestehen, Interferenzverhalten zeigen, ungeachtet der Tatsache, dass fundamentale Teilchen beim Nachweis immer punktförmig erscheinen. Eine Suche im Internet zeigt, dass der Begriff Welle-Teilchen-Dualität und damit verbundene Begriffe wie „Materiewellen“ in kürzlich veröffentlichten Lehrbüchern und Forschungsarbeiten weit verbreitet sind.

Ebenso falsch wäre es, den Begriff so zu interpretieren, dass die mit einem Teilchen verbundene Wellenfunktion irgendwie eine verschmierte Version des Teilchens selbst ist. Die Wellenfunktionen sind komplexe mathematische Einheiten, die verwendet werden können, um verschiedene Wahrscheinlichkeiten zu modellieren, die mit dem Verhalten der Teilchen verbunden sind, denen sie zugeordnet sind.

Wer behauptet, es gebe keinen Welle-Teilchen-Dualismus, wird dem Mysterium der Quantenmechanik nicht gerecht. Man kann den Welle-Teilchen-Dualismus nicht unter den Teppich kehren. Dennoch ist die oft wiederholte Aussage, dass ein Elektron oder ein Photon je nach Beobachtung wie eine Welle oder ein Teilchen wirken kann, falsch.

Der Welle-Teilchen-Dualismus kann wie folgt knapp zusammengefasst werden. Elektronen und Photonen, Quarks etc. sind Punktteilchen, ihr Verhalten wird jedoch durch Wellen oder Wellenfunktionen bestimmt. Wellenfunktionen wiederum sind nicht beobachtbar, aber ihre Folgen sind auffallend offensichtlich.