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Gabriele Schmid:  Illusionsräume
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Quantenphänomene

 

 

Mit Kopernikus und Galileo war der Ort relativ geworden, doch es blieben lange Zeit noch die festen Größen von Raum und Zeit. Seit Einstein sind Raum und Zeit nicht länger absolut gegeben, und der Bewegung wurde ihre absolute Bedeutung genommen. Die einzige Konstante in Einsteins Universum blieb die Lichtgeschwindigkeit als absolute, nicht überschreitbare Größe.1

Das Wesen des Lichts ist ambig. Es ist nicht Teilchen oder Welle, es ist immer beides, und wie es sich zeigt, ist abhängig von der Versuchsanordnung, mit der es betrachtet wird.2 Um die Eigenschaften von Quantenobjekten zu bestimmen wurden Experimente mit Photonen angestellt, in deren Folge alle vier Merkmale des Lichts - Polarisation, Wellenlänge, Richtung und Intensität - sich als ambig herausstellten. Photonen sind beispielsweise nicht mit beliebiger Genauigkeit zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort zu lokalisieren. Bestrahlt man ein Teilchen mit Licht, werden einige Lichtwellen von dem Teilchen gestreut, und daran kann man seine Position erkennen. "Doch wird man auf diese Weise die Position des Teilchens nicht genauer als den Abstand zwischen den Kämmen der Lichtwellen bestimmen können... Nun ist es nach der Planckschen Quantenhypothese nicht möglich, eine beliebig kleine Lichtmenge zu benutzen; man muß mindestens mit einem Quantum arbeiten. Dieses Quantum wird auf das Teilchen einwirken und seine Geschwindigkeit in nicht vorhersagbarer Weise verändern. Ferner gilt: Je genauer man die Position mißt, desto kürzer muß die Wellenlänge des Lichts sein, das man verwendet, und um so höher wird entsprechend auch die Energie eines einzelnen Quantums. Damit verstärkt sich aber zugleich der Störeffekt, der die Geschwindigkeit des Teilchens beeinflußt. Mit anderen Worten: Je genauer man die Position des Teilchens zu messen versucht, desto ungenauer läßt sich seine Geschwindigkeit messen, und umgekehrt."3 Solche Experimente hatten weitreichende Konsequenzen für physikalische Modellvorstellungen. "Es gibt", schreibt Zajonc, "kein wirklich eindeutiges Attribut des Lichts. Die heutigen quantenoptischen Experimente stellen unsere Vorstellungen über die separierbare atomare Struktur der Welt grundsätzlich in Frage."4

Das Vakuum, der Ruhezustand elektromagnetischer Wellen, wurde lange als absolute Leere angesehen. Die Quantenelektrodynamik lieferte ein neues Verständnis. Das Vakuum erhielt eine verborgene Restenergie. Auch dann, wenn man alle Materie und alles Licht aus dem Raum entfernt hat, bleibt noch unendlich viel Energie zurück. "Ich sehe schwarzes Licht",5 zitiert Zajonc den sterbenden Viktor Hugo und meint, die Dunkelheit könnte eine weit komplexer strukturierte Fülle sein, als man bislang angenommen hat.


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1 Gegenwärtig meinen manche Physiker, in bestimmten Experimenten die Lichtgeschwindigkeit überschritten zu haben. (Vgl. beispielsweise die dazu veröffentlichen Beiträge in 'Spektrum der Wissenschaft', die auf die Originalarbeiten zurückgehen (Jahrgänge 1996-98) und zahlreiche Veröffentlichungen im Internet, z.B. http://lal.csbyu.edu/ketav/issue_3.2/Lumin/lumin.html)

2 Dr. Gerhard Ackermann wies mich darauf hin, daß ein Experiment, mit dem man den Teilchencharakter nachweist, der sogenannte 'äußere Photoeffekt' ist, bei dem durch den Aufprall eines Photons ein Elektron aus einer Metallplatte herausgeschlagen wird. Zur Erklärung braucht man den Impulssatz, der auf Teilchencharakter hinweist. Den Wellencharakter von Elektronen, die wir sonst als Teilchen kennen, hat v. Laue nachgewiesen durch Beugung von Elektronenstrahlen am Kristallgitter eines Festkörpers.

3 Hawking, 1988, S. 76f.

4 Zajonc, 1994, S. 366f.

5 Zajonc, 1994, S. 380ff.


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