Dunkle Energie, Äther und Doppelspalt

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

Michelson-Versuch, Äther und Hubble

Dichte der Adipole

Diskussion der Ergebnisse

Ein Urteilchen, das den Teilchenzoo erklärt

Wie Galaxien auch hätten entstehen können

Gab es nur einen Urknall?

Beugung von Elektronen am Doppelspalt

Photon: Welle oder Teilchen

Aspect-Experiment

Kritik

Weitere Folgerungen

Bastelstunde Elementarteilchen (Nachtrag)

Die populärwissenschaftliche Literatur über Physik und Kosmologie ergibt kein befriedigendes Bild. Begriffe der Quantenphysik: etwa Kollaps, Nichtlokalität, Superposition, Dekohärenz etc. verursachen Unbehagen.  Im Rückblick liegen die Gründe wohl  in der Interpretation der Ergebnisse zu Beginn des 20.ten Jahrhunderts. 

Die Überraschung Rutherfords, das Atom überwiegend als Vakuum vorzufinden, die Schlussfolgerung Bohrs, das Atom wie ein Planetensystem zu behandeln und dabei Teilerfolge (Balmer, Lyman, Paschen, Rydberg) zu erzielen, schufen Bilder, die die weitere Entwicklung prägten. Hätte man das Atom  als Struktur von Masseteilchen (Kern und Elektronen) angesehen, so hätte vielleicht eine Analogie zur schwingenden Platte nähergelegen, die zu den leicht verständlichen Chladni-Figuren führt. Da bei solchen Schwingungen keine gleichen Moden auftreten, wäre so etwas wie ein zunächst postuliertes Pauliprinzip nicht notwendig. Allerdings wäre, wenn die Elektronen sich in Bereichen maximaler Amplitude aufhalten, das angenommene inneratomare Vakuum zu Schwingungen fähig, also mit irgendwelchen Teilchen besetzt, eine Vorstellung, die dem modernen Begriff vom Vakuum so fremd nicht mehr ist.  

Hätte man dann unter Missachtung des damals erörterten Problems der sogenannten Tauchbahnen des Elektrons das Wasserstoffatom, bestehend aus Proton und Elektron, als Dipol betrachtet und es wie eine minimierte, angeregte Antenne behandelt, so hätte man die komplexe Funktion, die Spannung und Stromstärke verbindet, als Phasenverschiebung zwischen diesen Größen auch im Atom angesehen. Koppelt man die Antenne zur Leistungsentnahme an einen Schwingkreis, so wird die reelle Wirkleistung errechnet, indem das Ergebnis mit der konjugiert komplexen Funktion multipliziert wird. Das führt weiter zur bekannten Thomson-Gleichung. Eine Analogie zu dem in der Quantenphysik üblichen "Kollaps der Wellengleichung" ist nicht zu übersehen. So gesehen ist der Kollaps notwendig, um  dem  System zwecks Messungen Leistung zu entziehen, ob man nun hinschaut, hinhört oder nicht.

Allerdings hätte man wegen der Heisenberg-Beziehung keine Anfangsbedingungen definitiv nennen können, wie es etwa beim Federpendel üblich ist. Doch genau genommen sind auch dort Anfangsbedingungen gesetzte Werte, die, mikroskopisch gesehen, ebenso wenig exakt sind. Zeigte ein solches Pendel, etwa als Doppelpendel, chaotisches Verhalten, so wären geringste Abweichungen der Ausgangsdaten verantwortlich für mangelnde Reproduzierbarkeit des Schwingungsverlaufs. 

In Vorbereitung auf die SRT hatte Einstein sicherlich Überlegungen über den Äther angestellt, den er jedoch, wie er dann zeigte, nicht nötig hatte, aber in abgewandelter Form als notwendig ansah. Sein Postulat der konstanten Lichtgeschwindigkeit in relativ zueinander bewegten Systemen war hinreichend. Somit musste er aber, um den fotoelektrischen Effekt in der bekannten Weise zu erklären, die Planck'schen Lichtquanten in Teilchen oder Lichtpakete umdeuten, die sich im Vakuum bewegen. Das wiederum ermunterte de Broglie umgekehrt Materiewellen einzuführen.  Diese Gleichheit von Welle und Teilchen musste aber dann zu Widersprüchen führen, wenn es um die Interpretation des Doppelspaltversuches ging. Und hier begannen Deutungen mit Born'schen Wahrscheinlichkeiten, Schrödingers Superpositionen, Feynmans Multipfaden und letztlich Bohrs Korrespondenzprinzip. Alle diese Entwicklungen warfen stets neue Fragen auf, die bis heute nicht einvernehmlich beantwortet, eher mit Nichtlokalität, Viele-Welten-Theorien komplizierter wurden. Wie sagte Hawking so trefflich, es ist an der Zeit, Schrödingers Katze als Symbol der Superposition endlich zu erschießen.

Als die Doppelspaltergebnisse bei Verwendung von Elektronenstrahlen bekannt wurden, war die Verwirrung total. Superposition der quantenmechanischen Möglichkeiten, welche Weg-Methoden, Multipfadrechnungen entstanden, und Theoretiker gestanden, dass wohl niemand dieses Experiment je verstehen würde. Und diese Bemerkungen blieben nicht ohne Einfluss auf die Philosophie der Physik, speziell die Erkenntnistheorie und den Determinismus. 

Nun ist nicht sicher, dass menschliche Vernunft jemals das Universum ohne verbleibenden Rest erkennen wird, aber Bemühungen, die Ergebnisse bildhaft zu deuten, sollten  nicht aufgegeben werden.  Quantenfluktuationen, zehn Raumdimensionen, Teilchen als Strings oder Gitarrensaiten, Branen als getrennte Universen  sind ähnlich wie das "Higgs-Teilchen als Premierministerin auf einem Empfang" wenig ansprechend. Und das Argument, die Evolution habe uns den Verstand nicht gegeben, um die Welt zu erkennen, sondern nur, um zu überleben, ist zwar richtig, wird jedoch heute zu schnell gebraucht. Die Welt ist halt so, hört man oft; man verwirft zwar Lösungen, die zu Unendlichkeiten führen, aber das Prinzip der Superposition, das Nichtlokalität erzeugt, wird nicht angezweifelt.

Zwischen den Modellen der klassischen Physik und der Quantenphysik Brücken zu schlagen, oder - bescheidener gesagt - einige Planken über den Fluss zu legen, ist die Absicht der folgenden Artikel.  

H.D.Zeh bemerkte über die M-Theorie: "Natürlich bin ich nicht so vermessen, die hohe Mathematik dieser Theorien verstehen zu wollen, aber ich stimme normalerweise mit Feynmans Bemerkung überein, dass man einen Beweis ohnehin erst glauben soll, wenn man ihn anschaulich nachvollziehen kann, oder gar mit Wheelers Rat, wonach man als Physiker erst dann mit dem "Rechnen" beginnen solle, wenn man das Ergebnis geraten (also verstanden) hat".

So sind die geschilderten Modelle zu verstehen, die - weil sie akzeptabel erscheinen - nicht zuletzt unter Hinweis auf die 10 Gebote von Bertrand Russel hier beschrieben werden. Auch die Ausführungen von Carlo Rovelli (Spektrum der Wissenschaft, März 2006) unterstreichen die Bedeutung vom Mainstream abweichender Überlegungen.

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