Wissenschaftsmagazin - Welt der Physik

Schmetterlinge wie dieses Pfauenauge sindder schillernde Beweis für die Wellennatur desLichts. Ihre Flügel sind mit unzähligen, winzigenRippen bestückt (in der untersten Elektronenmikroskopaufnahmeerkennbar), deren stufenförmigeOberflächen die Sonnenstrahlen interferierenlassen und so die Farbenpracht erzeugen.(großes Bild: Strange Ones, Flickr.com; kleineBilder: Wikimedia Commons)PQ-S1Q-S1aP8 9Q-S10,005 mm Überraschung am Doppelspalt: Ein Elektronerzeugt einen Punkt, viele Elektronen erzeugenein Streifenmuster. Die Zahl der auf der Fotoplatteeingeschlagenen Elektronen: 10 (a), 200(b), 6000 (c), 40000 (d) und 140000 (e). (Bilder:Dr. Tonomura Akira, Hitachi Advanced ResearchLaboratory)bcStellen Sie sich vor …… ein Auto fährt aus dem Parkhaus durch beide Ausfahrtengleichzeitig, wenn es keiner sieht. Schaut dagegen jemand zu,entscheidet es sich spontan für eine von beiden. Was bizarrklingt und höchstwahrscheinlich in ein Verkehrschaos mündenwürde, ist beispielsweise für Elektronen gang und gäbe. Daskonnten Forscher mit dem berühmten Doppelspalt-Experimentspektakulär zeigen. (Grafik: Timo Meyer, Melina Diener)dahinter überlagern sich dann die „Materiewellen“dieser Atome und bilden durchAuslöschung oder Verstärkung das typischeStreifen-Muster.Das Merkwürdige: diese Erklärung istfalsch! Dimmt man nämlich die Atomstrahlquelleso weit herunter, dass nurnoch einzelne Atome herauskommen, undwartet dann mit dem Abschuss des nächstenAtoms immer so lange, bis das vorangegangenegarantiert auf der Fotoplatteangekommen ist, dann geschieht etwasUnglaubliches: Langsam aber sicher bildetsich wieder ein Streifenmuster! Für dieInterferenz ist es aber zwingend notwendig,dass von beiden Spalten kreisrundeWellen ausgehen. Hat sich also jedes einzelneAtom vor dem Schirm in zwei Hälften– zwei Teilwellen – gespalten, die gleichzeitigdurch die beiden Spalte fliegen, umdann hinter den Spalten zu interferierenund das Streifenmuster zu bilden?Um dies näher zu untersuchen, ersannendie Forscher eine Vorrichtung, um dieAtome einzeln direkt hinter dem Schirm zuorten (Details sollen hier nicht interessieren).Nun war es also möglich zu bestimmen,ob die Atome durch den rechten, denlinken oder gar durch beide Spalte gleichzeitiggehen. Bei einer Wiederholung desVersuchs stellten die Wissenschaftler fest,dass genau die Hälfte der Atome durchden rechten, die andere Hälfte durch denlinken Spalt gegangen war, und keinesdurch beide gleichzeitig. Allerdings: Nunwar auch das Interferenzmuster aufder Fotoplatte verschwunden. Stattdessenkonnte man auf der Platte hinterjedem der Spalte einen ordinären „Sandhaufen“erkennen. Offensichtlich merkenalso die Atom-Wellen, dass man sie ausspionierenwill, und verhalten sich dannwie unschuldige Teilchen …Über kaum ein Experiment haben sichWissenschaftler und Philosophen den Kopfso zerbrochen wie über diesen Ausgangdes Doppelspalt-Versuchs. In den folgendenKapiteln werden Sie die obskurenRegeln der Quantenmechanik kennen lernen,mit denen sich das Geschehen deutenlässt. Mit ihrer Hilfe kann schließlichauch im Welle-Teilchen-Disput ein salomonischesUrteil gefällt werden. Doch keineSorge: Die magischen Quantenphänomene,die dem „gesunden Menschenverstand“so widersprechen, werden durch diese Erklärungsversucheihren Zauber nicht verlieren.Genauso wie ein Regenbogen auchdann noch fasziniert, wenn man weiß, wieer entsteht.de