Levitation - Sheydin Design

Elektromagnetische Levitation
44
45
Gitarrensaite entstehen können, müssen in diese Länge reinpassen. Je
nachdem wo man die Saite anschlägt, kommen unterschiedliche Töne
raus. Je kürzer die Saite, umso höher sind die Töne. So verhält es sich
auch bei Wellen. Wenn Wellen gewissermaßen »eingespannt« sind,
können sie nur in bestimmten Wellenlängen schwingen, nämlich in dem
Bereich zwischen den beiden Punkten.
Abb. 28: Kreisförmige
Welle im Wasser
als Analogie zur
Veranschaulichung
der Ausbreitung von
Wellen.
Das ist der Grund, warum Atome mit derselben Anzahl von Elektronen
identisch sind. Bei dem Wasserstoff-Atom beispielsweise, ganz egal ob
am Rande des sichtbaren Universums oder als Teil des menschlichen
Körpers. Wenn es die Quanteneigenschaft nicht gäbe, würde das Elektron
in den Atomkern hineinfallen und bei dieser extremen Dichte könnte
nichts existieren, was wir kennen.
Warum sich die Quantelung so verhält, ist nicht geklärt. Es konnte jedoch
die Situation verstanden werden, warum das Elektron nicht in den
Atomkern hineinfällt. Um diese Frage anzugehen, werden wir im Folgenden
versuchen, eine Intuition über die quantenmechanischen Eigenschaften
eines Elektrons zu vermitteln. Dabei werden wir sein Verhalten
als Welle beschreiben.
Man stelle sich eine Welle in einem Aquarium vor, die von den Rändern
reflektiert wird. Nur wenn die Wellen sich perfekt zusammenfügen,
kann die Welle von Dauer sein. Die Welle kann nur bestimmte Distanzen
zwischen den Höhen aufweisen, um weiterhin bestehen zu können.
So wie eine Gitarrensaite Wellenlängen produzieren kann, die nicht
größer werden können als die Seitenlänge selbst, kann auch die Wellenlänge
des Elektrons nur bestimmten Längen aufweisen. Wenn man
beispielsweise Gitarrensaiten anschlägt, fangen sie an zu schwingen.
Die Gitarrensaite ist an zwei Stellen eingespannt. Die Wellen, die auf der
Wenn man sich das Elektron wie eine Saite vorstellt, kann es nicht überall
sein. Die Stärke oder Intensität einer Welle nennt man Amplitude. Wo
die Auslenkung null ist, ist die Welle nicht. Das Elektron befindet sich in
einem Kraftfeld, das durch die positive Ladung des Protons in der Mitte
des Atoms entsteht. In diesem Kraftfeld ist die »Saite« des Elektrons
eingespannt. Der Knoten für das Elektron befindet sich im Atomkern
d.h. dort darf es nicht sein. Es darf auch nicht außerhalb des Atoms sein.
Es gibt also zwei Stellen, an denen die Elektronenwelle eingespannt ist.
Das Elektron darf sich nur dazwischen aufhalten, nicht im Atomkern und
nicht außerhalb des Atoms.
Mit der Beschreibung der Eigenschaft des Elektrons als Welle hatte man
zum ersten Mal verstanden, warum Materie stabil ist. Nichts in der Welt
der kleinsten Teilchen ist wohldefiniert, es gibt immer Unbestimmtheiten.
Werner Heisenberg hatte zum ersten Mal 1926 formuliert, dass
das Entscheidende in der Quantenmechanik Unbestimmtheit bedeutet.
3.2.3. Unschärferelation
Wenn man etwas messen möchte, muss man genau hingucken. Da
man die ganz kleinen Dinge aufgrund ihrer Größe bei normalem bzw.
sichtbarem Licht nicht sehen kann, da die Wellen zu lang sind, braucht
man andere Lichtarten, beispielsweise die Röntgenstrahlung. Die Wellenlänge
der Röntgenstrahlung ist viel kleiner als die Wellenlänge des
sichtbaren Lichts. Dadurch ermöglicht sie es, Strukturen in Atomen anzuschauen.
Diese kleine Wellenlänge, die es ermöglicht die ganz kleinen
Dinge anzuschauen, hat eine sehr hohe Frequenz. Sehr hohe Frequenzen
bedeuten (nach Max Planck) eine sehr hohe Energie. Wenn man
also in der kleinsten Teilchenwelt etwas angucken möchte, ist das nicht
möglich ohne sie zu beeinflussen. 39 Das ist mitunter die Aussage der
Heisenbergsche Unschärferelation.
39 vgl. Hawking 1998, S.75ff.