Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

32 Ziele dieses Kapitels 3 In diesem Kapitel wird der Wellen- und Teilchen- charakter von Licht und Materie dargestellt. In dieser Dualität drückt sich der Widerspruch zwi- schen zwei Modellen für Naturerscheinungen aus, die in unserer Vorstellung bis heute unvereinbar geblieben sind. 3 Trotz dieses Widerspruches im Kern der Quanten- theorie ist sie die vielleicht erfolgreichste physika- lische Theorie überhaupt. Zentrale Elemente dieses Kapitels 3 Doppelspaltexperiment 3 Zusammenhang Welle-Teilchen, Materiewellen, 3 Heisenberg’sche Unschärferelationen 3 Potentialtopf, Tunneleffekt 3 Orbital, Pauliprinzip 21 Welle – Teilchen mh8837 Doppelspaltexperiment (double slit experiment) A1 Gib typische Wellenerscheinungen und typische Teilchenerscheinungen an! Wie lassen sie sich experi- mentell unterscheiden? A2 Wiederhole den Begriff der Wahrscheinlichkeit! Die folgenden Doppelspaltexperimente erörtern grundlegende Begriffe der Quantenphysik. Doppelspaltexperiment mit Bällen Eine Tennis-Service-Maschine ist auf eine Wand mit zwei parallelen Spalten gerichtet. Je nach der momentanen Stellung der Abwurfvorrichtung, wird 21.1 ein weggeschleuderter Tennisball entweder von der Wand aufgehalten oder er kann durch einen der Spalte fliegen. Dabei kann es auch zu Reflexionen kommen. Hinter den Spalten sind Zähleinrichtungen angebracht. Mit diesen Detektoren kann man fest- stellen, wie viele Bälle in die verschiedenen Raum- richtungen gestreut wurden. Bemerkung: Tennisbälle sind typische makrosko- pische Teilchen, deren Bahn (Ort und Impuls) man nach den Gesetzen der klassischen Physik beschrei- ben kann. Das Experiment läuft in drei Schritten ab: a) Spalt 1 ist offen, Spalt 2 ist geschlossen. Es ergibt sich eine bestimmte Verteilung der Bälle in den Detektoren, wobei sich für jeden der Detektoren eine Wahrscheinlichkeit P 1 angeben lässt, mit der die Bälle den Detektor treffen. Detektor (Au angbüchse) P 1 P 2 P 12 Spalt 1 Spalt 2 Spalt 1 geö net Spalt 2 geschlossen Spalt 1 geschlossen Spalt 2 geö net Spalt 1 geö net Spalt 2 geö net Zahl der Bälle in jedem Detektor nach einer bestimmten Zeit Abb. 32.1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv