Welle-Teilchen-Dualismus
Bis Anfang des 20. Jahrhunderts war sich die Physik sicher:
- Licht ist eine Welle.
- Elektronen sind Teilchen.
Dann stellte sich heraus:
- Licht wirkt manchmal wie ein Teilchen (z. B. beim Photoeffekt).
- Elektronen verhalten sich manchmal wie eine Welle (z. B. im Doppelspalt-
Experiment ).
Wie kann das sein?
Es sieht aus wie ein Widerspruch, aber es ist keiner: Objekte können zugleich Eigenschaften von Teilchen und Wellen haben, ohne dass es zu logischen Konflikten kommt.
- Als Welle breiten sie sich in alle Richtungen aus, sind aber nie an mehr als einem Ort gleichzeitig zu beobachten.
- Als Welle können sie Überlagerungseffekte (Interferenz) zeigen. Dann verraten sie aber nie, auf welcher Bahn sie sich bewegt haben (Komplementaritätsprinzip).
- Wenn man ihre Bahn beobachtet (z. B. in einer Nebelkammer), dann zeigen sie nie Welleneigenschaften. Sie verhalten sich dann so, wie man es von kleinen Billardkugeln erwarten würde.
Die Quantentheorie beschreibt das Verhalten der "Materiewellen" in sich stimmig und genau. Problematisch wird es erst, wenn man versucht, die Quantentheorie anschaulich zu interpretieren. Objekte sind weder nur Wellen noch nur Teilchen noch ist zu jedem Zeitpunkt eindeutig bestimmt, was sie sind. Sie sind auch nicht einfach "beides", sondern irgendetwas anderes, das wir uns nicht vorstellen können und das mit den Begriffen "Teilchen" und "Welle" nur näherungsweise beschreibbar ist.
Insbesondere handelt es sich nicht um Wellen im dreidimensionalen Raum, wie es etwa Licht in der klassischen Beschreibung ist. Die quantentheoretische Beschreibung erfordert für jedes Teilchen drei eigene Dimensionen, d. h. wenn man zwei Teilchen zugleich betrachtet, dann breitet sich deren Welle in einem sechsdimensionalen Raum aus! Zwei Wellen im dreidimensionalen Raum würden lediglich einen bestimmten Zustand eines Teilchens beschreiben.
Ich verstehe das als mathematisches Modell und kann es als solches relativ leicht akzeptieren. Was Licht und Elektronen "wirklich" tun, können wir nie wissen.
