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Dopplereffekt  


De Broglie Wellen



Der Welle-Teilchen-Dualismus der Photonen stand nicht nur Pate bei der Quantentheorie, sondern auch bei den De Broglie Wellen - bzw. bei den Materiewellen. Man sagte sich, wenn schon das Photon nicht nur Teilchen sondern auch Welle sein kann, warum sollte gleiches nicht auch für jedes andere Teilchen gelten? Zudem hatte man sich im Rahmen der Quantentheorie inzwischen an den Gedanken gewöhnt, dass das Elektron eines Atoms dort als Wellenfunktion auftritt.

Um es gleich vorweg zu sagen, verbietet das
Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens die Möglichkeit, dass ein Partikel zugleich Welle und Teilchen sein kann, wennn es in diesen beiden Erscheinungsformen in derselben Umgebung zugleich auftritt und unterschiedliche Konsequenzen für die Kausalkette erwirkt. Das schließt nicht aus, dass dasVerhalten eines Partikels subjektiv unterschiedlich wahrgenommen werden kann, oder in einer gewissen Weise als Welle dargestellt werden kann, ohne dabei das genannte Prinzip zu verletzen. Weiterhin fällt auf, dass die Wellennatur eines Partikels sich nicht unmittelbar z.B. in Form eines Abbildes auf einem Auffangschirm darstellen kann, da hierfür stets mehrere Bildpunkte erforderlich sind, die das einzelne Partikel nicht liefern kann, da es immer nur genau einen Bildpunkt erzeugen kann. Zum Beweis der Wellennatur ist man also auf indirekte Schlussfolgerungen angewiesen.

In meinem Artikel "
Photonen" vertrete ich die Meinung, dass es die Photonen als normale Teilchen nicht gibt. Der Energieaustausch zwischen den Atomen ist ein ziemlich komplizierter Prozess elektromagnetischer Wellen, bei dem sich die an das Feld abgegebene Energie eines Quantensprungs im Einklang mit den Aussagen der Maxwelltheorie unmittelbar nach der Emission verdünnt, sodass nur Absorptionen von Wellenpaketen möglich sind, deren Bestandteile von vielen Emittenten stammen. Mit den Photonen vereinfacht man diesen etwas komplizierten Prozess, indem man so tut, als ob die Energie, die von einem emittierenden Atom stammt, ungeteilt auch wieder von nur genau einem anderen Atom empfangen wird, wobei die Energie-Bilanz insgesamt nicht verfälscht wird. Somit sind die Photonen nur Bilanzposten, mit denen man bei vielen Problemen leichter rechnen kann.

Wenn diese "Als-ob-Auffassung" über die Photonen richtig ist, taugt sie allerdings nicht als Vorbild für die Dualität der Partikel, denn wir kennen außer den Photonen keine "Partikel", die ohne besondere Beschleunigungsanlagen von einer Materie emittiert oder absorbiert werden können. Damit ist den Analogie-Überlegungen von de Broglie der Boden entzogen und man müsste ganz andere Begründungen für die Dualität der Partikel finden, wenn es sie tatsächlich gäbe. Zudem gibt es für Materiewellen weder eine Theorie, die der Maxwelltheorie noch eine, die der Schrödingergleichung mit deren Wahrscheinlichkeitswellen entspricht

Eher könnte man in Umkehrung zur Begründung der Photonen sagen, die Partikel verhalten sich, vereinfacht gesehen, bei bestimmten Experimenten so, als ob sie Wellen seien und interferenzfähig wären, obwohl man dabei ausschließen muss, dass sich eine eine solche Wellen ausbreiten kann, da die Partikel keinesfals "zerfließen" dürfen. In meinem Aufsatz über die "
Clustertheorie" skizziere ich eine Theorie, in der die Atom- oder Molekülspektren ohne zuhilfenahme wellenförmiger Partikel erklärt werden können. Dort wird auch ein modifiziertes Zwei-Spalten-Experiment ausführlich diskuttiert und dabei gezeigt, woher die Elektronen ihr merkwürdiges "Fernwissen" von der Existenz eines zweiten offenen Spaltes erhalten. Dieses Experiment könnte für die Beurteilung der Clustertheorie entscheidend sein. Soweit es aber nur um Argumente geht, die für oder gegen die Richtigkeit des Wellenbildes der Elektronen sprechen, möchte ich hier auf folgendes recht einfache Test-Experiment hinweisen:

Test-Experiment

Aus einer Punktquelle für Elektronen werde ein feiner, also dünner Elektronenstrahl ausgeblendet. Weiterhin gibt es einen rechtwinkligen Quader aus einem für Elektronenstrahlen undurchdringlichem Material. In einiger Entfernung von der Elektronenquelle wird der Quader so postiert, dass der Elektronenstrahl in einer vaiablen Entfernung a von dem Quader genau parallel zu einer der Flächen des Quaders an dem Quader vorbei verläuft. Weiter ab trifft der Elektronenstrahl dann auf einen Monitor, auf dem man das Auftreffen des Strahls auf den Monitor während einer Veränderung von a verfolgen kann.

Entscheidend ist dann, was mit dem Auftreffpunkt des Strahles auf dem Monitor passiert, wenn man den Abstand a durch den Nullpunkt wandern .lässt, während also der Strahl den Quader in diesem Moment berührt und dann auf dem Monitor verschwindet. Erwartet wird, dass im Partikelbild die Breite des Punktes bis zu seinem Verschwinden gleich groß geblieben ist, während sich der Punkt bei Richtigkeit des Wellenbildes infolge einer Beugungserscheinung vor dem Verschwinden verbreitert .

Weitere Experimente

Bleiben noch die Experimente an Molekül- oder Atomgittern, mit deren charakteristischen Streumustern. Aber ähnlich wie beim Compton-Effekt des Lichts, kann da sowohl die Photonen- wie die Wellentheorie die experimentellen Befunde erklären.