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Lexikon Physik

Welle-Teilchen-Dualismus

Der Welle-Teilchen-Dualismus (von lat. dualis „zwei enthaltend“) ist die für die moderne Physik so grundlegende wie schwer zu verstehende Tatsache, dass in der mikroskopischen Welt jedes Objekt sowohl Eigenschaften einer Welle als auch solche von Teilchen aufweist.

Zum Beispiel kann man sowohl mit Licht als auch mit Elektronen oder Neutronen Interferenzmuster erzeugen (Wellencharakter), und beide rufen auf einer Fotoplatte punktförmige Schwärzungen hervor, wenn sie auf diese mit minimaler Intensität treffen (Teilchencharakter, d. h. Auftreten in diskreten „Portionen“ oder Quanten).

In einer pragmatischen Sichtweise beschreibt man mikrophysikalische Objekte je nachdem, welche Eigenschaften in einem speziellen Experiment zutage treten bzw. interessieren, im Wellenbild oder eben im Teilchenbild: Licht als elektromagnetische Welle oder als Photon, Elektronen als Punktladung oder als Materiewelle. Man muss dabei aber immer im Auge behalten, dass beide Objekte weder Wellen noch Teilchen „sind“, sondern eine der menschlichen Anschauung nicht direkt zugängliche Natur besitzen.

In der gängigen, sog. Kopenhagener Deutung der Quantentheorie werden mikrophysikalische Teilchen (Quantenobjekte) als sog. Pakete von Wahrscheinlichkeitswellen beschrieben. Wellenpakete sind Überlagerungen von vielen Wellen mit nahezu gleicher Frequenz bzw. Wellenlänge, die durch Interferenz im ganzen Raum außerhalb eines bestimmten Bereichs verschwinden und sich mit der sog. Gruppengeschwindigkeit der Welle fortbewegen. Das Quadrat der Wellenamplitude lässt sich als Aufenthaltswahrscheinlichkeit des als Teilchen aufgefassten Mikroobjekts auffassen.

In diesem Sinne mann man auch die Heisenberg’sche Unschärferelation verstehen: Je mehr verschiedene Wellenlängen miteinander interferieren, desto kleiner ist ein Wellenpaket, d. h. desto genauer kennt man den Ort des dadurch beschriebenen Teilchens. Die Wellenlänge einer Materiewelle ist aber direkt mit dem Impuls des Teilchens verknüpft; daher bedeutet ein genau bekannter Ort eines Wellenpakets, dass sein Impuls sehr viele verschiedene Werte annehmen kann, also eine große Impulsunschärfe. Umgekehrt würde ein exakt bekannter Impuls bedeuten, dass das Wellen-„Paket“ nur eine einzige Wellenlänge besitzt – es wäre dann eine ebene Welle mit unendlicher Ausdehnung bzw. Ortsunschärfe

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