Welle/Teilchen-Dualität

Das ist die Idee: Wenn Sie die High-School-Gleichungen sehen, die eine parabolische Bewegung beschreiben, visualisieren Sie folglich einen fliegenden Stein in Ihrem Kopf. Die Physik kümmert sich nicht darum, was Sie sich vorstellen, sondern befasst sich mit den Gleichungen und ihrer Fähigkeit, Ihnen die Entfernung zu sagen, die der Stein erreichen wird. Da die Gleichungen für diesen Zweck erfunden und abgestimmt wurden, entsprechen die numerischen Ergebnisse dieser mathematischen Tricks denen, die in der Natur passieren.

Um die 1930er Jahre gelang es einigen Männern schließlich, eine konsistente Reihe mathematischer Tricks zu entwickeln, die korrekterweise die gleichen Ergebnisse wie die Natur liefern, wenn sie sich mit einer Vielzahl von Problemen befassen, bei denen die bekannten Theorien versagt haben. Es ist als Quantenmechanik bekannt. Aber im Gegensatz zu den Parabelschüssen der High School sind die QM-Gleichungen vorhanden, aber niemand kann sich eine grafische Darstellung vorstellen.

Was auch immer dort unten passieren mag, es gibt keine Möglichkeit, es in Ihrem menschlichen Gehirn darzustellen. Es ist einfach so. Sie können Ihr Leben damit verbringen, an eine Welle als transparente, diffuse Einheit zu denken, die sich plötzlich beobachtet fühlt und sich in eine winzige harte Kugel verwandelt ... Aber das Ergebnis wird nichts als Kopfschmerzen sein. Mit der Quantenmechanik sehen Sie die Gleichungen und überprüfen das Ergebnis, aber es gibt niemals ein paralleles mentales Bild von einem fliegenden Ding oder was auch immer.

Es gibt jedoch gute Nachrichten, denn die grundlegendste Theorie ist nicht schwer zu verstehen. Aber denken Sie daran, dass es sich um Mathematik handelt (übrigens kann Physik gut als die Wissenschaft definiert werden, die mathematische Modelle erfindet, die dem Verhalten der Natur ähneln). Google nach einer kleinen Sammlung von Videovorträgen namens "Quantum Entanglements 1" von Susskind. Danach ist der dritte Band der Feynman Lectures eine gute Wahl (aber das erfordert mehr Arbeit).

Natürlich gibt es Platz für viel mehr als nur reine Mathematik, aber dieser Raum ist nur auf geistig gesunde Weise zugänglich, wenn Sie die Mathematik beherrschen. Ohne mathematische Kenntnisse sind Worte über Quantenmechanik bedeutungslos, und intuitive Ideen sind unvermeidlich falsch. Welche Bedeutung auch immer Sie den Wörtern „Welle“ und „Teilchen“ geben, es gibt keine Möglichkeit, sie zu einer zufriedenstellenden Erklärung zu kombinieren, ohne zumindest einige elementare Kenntnisse der Quantenmechanik zu haben.

Angenommen, Sie glauben an die Quantenfeldtheorie, insbesondere an die Quantenelektrodynamik , ein Photon ist weder ein Teilchen noch eine Welle, daher ist Ihre Webseite in dieser Hinsicht korrekt, obwohl ich zögere, ihr zu viel Anerkennung zu zollen, ohne ihre Argumentation zu sehen.

Ein Photon ist eine Anregung im Photonenquantenfeld. Es kann auf eine Weise interagieren, die einem Teilchen ähnelt, und es kann auf eine Weise interagieren, die einer Welle ähnelt, aber es ist falsch zu sagen, es sei ein Teilchen oder eine Welle oder eine Mischung aus beidem. Es ist eine Anregung in einem Quantenfeld.

Photonen, Elektronen, Quarks,... sind immer Teilchen [*] und niemals Wellen. Wie die CERN-Site richtig feststellt, besteht alles im Universum aus Teilchen . Konkret ist das Photon ein Bosonenteilchen .

Auf die Quelle des Welle-Teilchen-Dualitäts-Mißverständnisses wird in Ballentines jüngstem Lehrbuch über Quantenmechanik hingewiesen:

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

Eine ausführlichere Diskussion findet sich auf der Klein - Website .

[*] Teilchen bedeutet hier Quantenteilchen, nicht Newtonsches Teilchen. Quantenteilchen verhalten sich nicht wie winzige Tischtennisbälle, sondern folgen den Gesetzen der Quantenmechanik.

Die Aussage "Je nachdem, was und wie wir messen, entpuppt sich das Photon entweder als Welle oder als Teilchen." ist meiner Meinung nach ziemlich altmodisch und wenig hilfreich.

Betrachten wir eine elektromagnetische Frequenzwelle$\nu$. Klassischerweise kann diese Welle eine beliebig kleine Energiemenge tragen, dh das elektromagnetische Feld kann beliebig kleine Schwankungen mit der Frequenz aufweisen$\nu$. Aber dieses klassische Bild ist falsch: Die Quantenmechanik sagt uns, dass eine Frequenzwelle$\nu$kann nur Energien haben$n h \nu$, Wo$n$ist eine nicht negative ganze Zahl und$h$ist die Plancksche Konstante. Wir sagen das "$n$Photonen sind vorhanden".

Angenommen, wir leiten die elektromagnetische Welle durch einen schmalen Schlitz. Klassisch erwarten wir Beugung und quantenmechanisch ... genau das Gleiche! Alles, was sich mit der Quantenmechanik geändert hat, sind die möglichen Werte der in der Welle enthaltenen Energie. So unser$n$Photonen „verhalten sich wie eine Welle“.

Stellen Sie sich nun vor, wir hätten einen Apparat (vielleicht einen fotografischen Film), der so aufgebaut ist, dass er die elektromagnetische Welle erkennt. Klassischerweise könnte jede Menge Energie überall auf dem Film deponiert werden, aber quantenmechanisch wissen wir, dass die Absorption über Wechselwirkungen mit einzelnen Atomen/Molekülen/was auch immer erfolgt. Da das elektromagnetische Feld nur diskrete Energiemengen transportieren kann und Energie erhalten bleibt, muss sie in „Einheiten“ von absorbiert werden$h\nu$. In diesem Sinne sieht es so aus, als ob einzelne Teilchen mit Energie auf den Apparat auftreffen$h\nu$.

Dualitäts-Gedankenexperiment zur Erklärung der Dualität durch Quantenkausalität

Dies bezieht sich auf das Schießen einzelner Photonen oder Elektronen durch einen Doppelspalt und das Ergebnis, das die Dualität der Koexistenz von Partikel- und Wellenformeigenschaften zeigt.

Nehmen Sie die Schrödinger-Gleichung und zerlegen Sie sie, wo immer ein Begriff verwendet wird, in mathematische Reihenfunktionen von Einheiten, die Raum (Länge) und Zeit (Sekunden) darstellen.

Querverweis Physik "Konstanten" zu dieser Mathematik-Reihe.

Die Konstanten stellen relativistische Singularitäten dar und es wird vorgeschlagen, dass sie aus Unterschieden in nicht-relativistischen Quantenkausalitätssystemen gebildet werden. Relativistische Systeme, die auf moderierten Systemen der Quantenkausalität schweben.

Eine nicht-relativistische Singularität ist eine Konstante, aber sie bezieht sich nicht direkt auf etwas Beobachtbares, sondern nur indirekt durch die Verbindungen mit den Relativitäts-Singularitäten (relativistische physikalische Konstanten).

Quantenkausalität existiert in 3 grundlegenden Formen:

Eine Quanten-Null oder QC0 Ein sich nicht entwickelndes kausales Artefakt; Einfache Kausalität oder QC1 Ein sich entwickelndes kausales Artefakt, sich entwickelnde Kausalität oder QC-1

Nicht-relativistische Quantensingularitäten bestehen aus statisch verbundenen Systemen von QC-1, QC0 und QC1. Die Singularitäten ändern sich nicht, aber ihre Wirkung besteht darin, kausale Formationen zu moderieren.

Die Zeit ist am engsten mit den sich entwickelnden Systemen von Quantenschrittereignissen verbunden. Der Weltraum ist am engsten mit den sich nicht entwickelnden Systemen von Quantenschrittereignissen verbunden.

Raum/Zeit sind dann relative Systeme nicht-evolvierender Quantenkausalität, die variieren, wie sie durch Singularitäten in Bezug auf relative Systeme von sich entwickelnden Quantenkausalitätssystemen moderiert werden.

Damit steht ein Werkzeug zur trennbaren Behandlung von Raum/Zeit zur Verfügung.

Daher bietet dies eine grundlegende mathematische Verbundenheit von der Quantenkausalität zur Quantenmechanik. Während Schrödingers Gleichung eine Verbindung zur Teilchenphysik herstellt.

Daraus ergeben sich intuitiv nicht beobachtbare Kausalitätssysteme, die einzelne Elektronen sowohl in relativistischen als auch in nicht-relativistischen mathematischen Raumbetrachtungen verbinden. Die nichtrelativistischen Zusammenhänge, wie sie von Shrodingers Gleichung modelliert werden, moderieren bestimmte kausale Verteilungen von Quantenschrittereignissen (z. B. stehende Wellen als zyklische Kausalitätssysteme).

Während die gemeinsamen relativistischen Verbindungen sich entwickelnder Kausalitätssysteme, die gleichen Kausalitätssysteme, die mit unseren Augen zusammenhängen, visuelle Referenzen als Partikel sind.

Ein intuitiver Beweis: Versuchen Sie, an ALLES zu denken, was Sie beobachten können, das sich grundsätzlich NICHT in einem sich entwickelnden Zustand befindet.