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Doppelspalt  


De Broglie Wellen



Der Welle-Teilchen-Dualismus der Photonen stand nicht nur Pate bei der Quantentheorie, sondern auch bei den De Broglie Wellen - bzw. bei den Materiewellen. Man sagte sich, wenn schon das Photon nicht nur Teilchen sondern auch Welle sein kann, warum sollte Gleiches nicht auch für jedes andere Teilchen gelten? Zudem hatte man sich im Rahmen der Quantentheorie inzwischen an den Gedanken gewöhnt, dass das Elektron eines Atoms dort als Wahrscheinlichkeits-Welle auftritt.

Das
Prinzip der Eindeutigkeit des Weltgeschehens, über das ich in dieser website berichtet habe, schließt die Möglichkeit aus, dass ein Partikel zugleich als Welle und als Teilchen in Erscheinung treten kann, wenn es damit unterschiedliche Konsequenzen für die Kausalkette unserer Welt erwirkt, denn das würde bedeuten, dass unsere Welt ständig in mehrere Welten auseinander driften müsste

Die Photonen sind ein Beispiel dafür, dass man einen Wellenvorgang zuweilen als den Flug eines Partikels interpretieren kann. So vertrete ich in meinem Artikel "
Photonen" die Meinung, dass es die Photonen nur als "als-ob-Teilchen" gibt, die in Wirklichkeit keine normale Teilchen sind. Der Energieaustausch zwischen den Atomen ist ein ziemlich komplizierter Prozess elektromagnetischer Wellen, bei dem sich die von einem Atom an das elektromagnetische Feld abgegebene Energie eines Quantensprungs im Einklang mit den Aussagen der Maxwelltheorie unmittelbar nach der Emission schnell ausbreitet und sich dabei so stark verdünnt, dass sie keine Chance mehr hat, den Anforderungen eines anderen Atoms für die Absorption eines Lichtquants zu genügen. Die ausgesandte Welle kann nur zusammen mit vielen ähnlichen Wellen-Anteilen anderer Quanten-Emissionen gleicher Freqquenz als Teil eines Wellenpakets genügender Energie von einem Atom absorbiert werden, sodass also nur Absorptionen von solchen Wellenpaketen möglich sind, deren Bestandteile von vielen Emittenten stammen. Mit den Photonen vereinfacht man diesen etwas komplizierten Prozess, indem man so tut, als ob die Energie, die von einem emittierenden Atom stammt, ungeteilt auch wieder von nur genau einem anderen Atom zu einer Absorption empfangen wird, wobei die Energie-Bilanz insgesamt nicht verfälscht wird. Somit sind die Photonen nur Bilanzposten, mit denen man bei vielen Problemen leichter rechnen kann und dennoch richtige Ergebnisse erhält.

Die Formel für die Wellenlänge lamda eines mit der Geschwindigkeit v bewegten Elektrons ist

lamda = h/p oder lamda = h/(m*v), .........(1)

dabei ist

h das Plancksche Wirkungsquantum
m die Masse des Elektrons
v = Geschwindigkeit des Elektrons
p = m*v der Impuls des Elektrons

Da für v keine Bezugsgeschwindigkeit angegeben ist, obwohl sie stets erforderlich ist, bedeutet dies,dass man v auf die Geschwindigkeit des Labors beziehen muss. Physiklisch bedeutet dies, dass es in dem Labor, in dem die Elektronen betrachtet werden, irgendetwas gibt, was den Elektronen den Anschein verleiht, Wellen mit der Wellenlänge nach (1) zu sein. Woher die Elektronen ihre Geschwindigkeit bekommen haben, ist dabei unerheblich.

Ob ein Teilchen Wellencharakter hat oder nicht, zeigt sich nur dann, wenn das Teilchen aus einer geradlinigen Flug-Bahn abgelenkt wird, wie das beim Doppelspalt-Experiment oder bei jedem Comptoneffekt immer aufgrund von elektromagnetischen Kräften geschieht, weil keine anderen Kräfte infrage kommen. Das Doppelspalt-Experiment ist dabei - soviel ich weiß - das einzigste Experiment, das unmittelbar vermuten lässt, dass ein Teilchen auch Wellencharakter hat. Streuunngen eines Partikelstroms an Atomgittern lassen auch andere Deutungen zu. Für das Doppelspaltexperiment liegt aber die Vermutung nahe, dass bei ihm der Comptoneffekt eine wichtige Rolle spielt.

Die Formel für den Comptoneffekt lautet

lamda1 - lamda2 = lamda0* (1 - cos(Alpha))
.....................(2)

Dabei sind

lamda0 = h / (m*c) die "Compton-Wellenlänge"
lamda1 und lamda2 die Wellenlängen der stoßenden Welle vor und nach dem Stoß
h das Plancksche Wirkungsquantum
m die Masse des gestoßenen Elektrons
c die Lichtgeschwindigkeit.
Alpha der Ablenkwinkel der stoßenden Welle

Da der Comptoneffekt den Stoß auf ein ruhendes Teilchen beschreibt, muss man, um den Comptoneffekt beim Doppelspalt-Experiment ins Spiel bringen zu können, zunächst die Elektronen in jenem Bezugssystem betrachten, in dem sie vor dem Stoß ruhten. Das bedeutet, dass sich dann die Spaltwand auf diese ruhenden Elektronen zubewegt und sie durch Wellenpakete der elektrischen Felder ihrer Moleküle mittels Comptonstößen in Bewegung setzt, Dabei erfahren gleichzeitig die stoßenden Wellenpakete nach (2) eine Ablenkung, wobei einige von ihnen in den Raum zwischen der Spaltwand und dem Auffangschirm gelangen und dort miteinander interferieren.

Betrachtet man die Wellenlängen dieser Wellenpakete, so sieht man zunächst, dass die Wellenlängen lamda1 der Wellenpakete vor dem Stoß und damit dann auch die Wellenlängen lamda2 nach dem Stoß umso größer sind je langsamer die Elektronen im Elektronenstrahl waren. Außerdem zeigt lamda0 in Formel (2), dass die Differenz der Wellenlängen des stoßenden Wellenpakets vor und nach dem Stoß auf der linken Seite von (2) iund damit eben auch die Wellenlängen der Wellenpakete nach dem Stoß um so größer sind, je kleiner die Massen der gestoßenen Teilchen sind. Beide Eigenschaften der Wellenpakete nach dem Stoß decken sich mit den Eigenschaften der De Broglie Wellen.

Es liegt daher die Vermutung nahe, dass solche interferenzfähigen elektromagnetische Wellenpakete fälschlich für Wellenpakete der de Broglie-Wellen gehalten werden, weil sie auf dem Auffangschirm Spuren hinterlassen, die man für Auftreff-Spuren der Elektronen halten kann. Ob eine solche Verwechslung vorliegt oder nicht, könnte was man prinzipiell mithilfe von Magnetfeldern im Raum zwischen Spalt- und Auffangschirm überprüfen, die einen Einfluss auf die Interferenz-Bilder auf dem Auffangschirm haben müssten, wenn diese tatsächlich von aufgefangenen Elektronen erzeugt worden sind. Wahrscheinlich hatte man derartige Untersuchungen bisher unterlassen, da man froh war, einen so schönen und spektakulären Effekt gefunden zu haben.

Die gerade beschriebenen Erwägungen gelten ebenso für elektrisch ungeladene Teilchen. Nur die Überprüfung mithilfe eines Magnetfeldes ist dann leider nicht möglich.

Dass die Photonen bei dem Doppelspalt-Experiment interferieren, überrascht überhaupt nicht, da sie sowieso Wellencharakter haben.

Gegen die Behauptung, dass Elementarteilchen auch Wellencharakter haben spricht auch, dass es keine Theorie gibt, die erklärt, ob und inwieweit die Partikelwellen räumlich begrenzt sind, bzw. warum sie nicht wie die elektromagnetischen Wellen zerfließen und verschwinden würden, wenn sie nicht in einen Prozess von Absrptionen und Emissionen eingebunden sein können, wie z.B. die Photonen.


Fazit

Für die Existenz der de Broglie Wellen gibt es nach meiner Meinung keine überzeugende Beweise.