quantum interactive

Quantenobjekte zeigen ein Verhalten, das im Widerspruch zu unserer täglichen Erfahrung mit makroskopischen Dingen steht. Wir unterscheiden drei gängige Modelle, die häufig aufgerufen werden, um bestimmte Aspekte der Realität zu beschreiben.

Das Partikelmodell

Partikel werden häufig als Kugeln dargestellt, um kleine oder sogar punktförmige Objekte mit genau definierten Grenzen zu visualisieren.

Ihre Unterscheidbarkeit wird durch verschiedene Farben dargestellt. Partikel können gezählt werden.

Klassische Partikel können lokalisiert werden. Zu jedem Zeitpunkt befinden sie sich an einem bestimmten Ort, der im Prinzip bekannt sein kann. Sie haben auch ein klar definiertes Momentum. Innerhalb des Modells der Newtonschen Mechanik können wir präzise Vorhersagen treffen, wo ein Teilchen in der Zukunft zu finden ist, wenn wir genaue Anfangsbedingungen erhalten.

Wellen

Wellen sind räumlich ausgedehnte und periodische Phänomene.

Im Modell der klassischen Wellen kann ihre Intensität kontinuierlich verändert werden.

In der Praxis bestehen selbst klassische Wellen aus sehr vielen einzelnen Teilchen: Wasserwellen entstehen durch die kollektive Bewegung sehr vieler Moleküle. Innerhalb ein und derselben Welle befinden sich verschiedene Teilchen an verschiedenen Orten und reisen mit unterschiedlichen Momenten.

Wenn sich zwei Teilwellen überlagern. Die Begegnung zweier Wellenberge führt zu einem noch größeren Kamm (konstruktive Interferenz). Wenn sich ein Kamm mit einem Trog überlappt, können sich die beiden Wellenformen gegenseitig aufheben (destruktive Interferenz).

Quantenphysik

In der Quantenphysik können wir einem Teilchen weder eine genaue Position noch eine genaue Richtung zuordnen.

Die Wahrscheinlichkeit, ein Quantenobjekt an der Position \(x\) mit Impuls \(p\) zu finden, kann jedoch aus dem absoluten Quadrat der quantenmechanischen Wellenfunktion \ (| \psi (x,p) | ^ 2 \) vorhergesagt werden.

Diese Wahrscheinlichkeit kann zu einem beliebigen Zeitpunkt an mehreren sogar weit voneinander entfernten Positionen Werte ungleich Null annehmen. In diesem Fall sagen wir, dass das Objekt delokalisiert ist und wir keine einzige genau definierte Position im Raum zuweisen können.

Interessanterweise finden wir jedoch bei jeder Positionsmessung an diesem Quantenobjekt ein einzelnes und ein ganzes Objekt. Seine Eigenschaften wie Masse, Energie, Ladung oder Polarisierbarkeit sind immer in diesem einen Objekt vereint – nicht über größere Raumflächen verdünnt oder verschmiert.

In der freien Evolution breiten sich Quantenobjekte nach Schrödingers Wellengleichung aus. Sie interagieren jedoch mit ihrer Umgebung als intakte ganze Partikel.

In unserem Labor können Sie einen Molekülstrahl erzeugen und die Moleküle beobachten, die nacheinander auf den Detektor treffen. Welches der drei Modelle beschreibt die Beobachtungen am besten?