Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

es sich in sehr kleinen Grössenordnungen bewegte. Es sollte das erste Doppelspaltexperiment werden, das erfolgreich mit klassischen Teilchen statt Licht (beziehungsweise elektromagnetischen Wellen) durchgeführt wurde. Dazu errichtete er einen Versuchsaufbau gemäss Abbildung 7. Eine Quelle (Q), aus der Elektronen auf einen Doppelspalt geschossen werden. Es gibt zwei Spalten, wodurch die Elektronen fliegen können. Schliesslich treffen die Elektronen, die es durch die Spalte geschafft haben (und nicht in die Wand geflogen sind), auf eine Fotoplatte, wo ihr Einschlag registriert wird.
    Das Jönsson Doppelspaltexperiment bewies zwei Phänomene, die jedem naturwissenschaftlich gestandenen Zeitgenossen die Tränen in die Augen getrieben haben müssen. Aus Freude oder aus Frust. Denn die nun folgenden Beobachtungen waren nicht nur äusserst seltsam, sondern auch noch ziemlich unheimlich. Als erstes geht die klassische Lehrmeinung davon aus, dass Elektronen materielle Teilchen und keine Wellen sind. Wären die Bausteine der Materie, also Elektronen, Protonen und Neutronen, nämlich Wellen, sollten sich ja auch die daraus aufgebauten Gebilde entsprechend verhalten. Eine Billardkugel beispielsweise überträgt ihren Stoss unmittelbar auf eine andere Kugel und zeigt damit eindeutig ein Verhalten, das man einem Teilchen zuordnen würde. Ein Pistolenprojektil bohrt sich in eine Holzwand und hinterlässt ein eindeutiges Einschussloch. Ebenfalls ein Verhalten, das man von einem Teilchen erwartet, aber sicherlich nicht von einer Welle.
Abbildung 7Doppelspalt Experiment – erwartetes Ergebnis
    Die Elektronen kann man sich demzufolge wie Kugeln vorstellen, die aus der Quelle Q auf die Doppelspaltvorrichtung geschossen werden. Einige der Kugeln erwischen eine der beiden Spalten und fliegen durch die Öffnung hindurch. Hinter der Doppelspaltvorrichtung kollidieren sie mit der Fotoplatte. Diese Fotoplatte registriert den Einschlag.
    Die beiden „Berge“ ganz rechts in Abbildung 7 zeigen die ungefähr zu erwartende Verteilung der Elektroneneinschläge. Die Elektroneneinschläge sammeln sich hinter den beiden Öffnungen. Zur Seite hin werden es intuitiverweise immer weniger. Aufgrund dieser „Berge“ könnte man ohne weiteres feststellen, wo sich die beiden Spalten befinden. Nämlich dort, wo die meisten Einschläge zu verzeichnen sind. Zur Seite hin werden es immer weniger, da die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron durch die Öffnung dorthin gelangt, immer kleiner wird. An den äusseren Rand der Fotoplatte gelangt gar kein Elektron, da es dazu nach der Öffnung eine Kurve nach links oder nach rechts fliegen müsste. Würde nur ein Elektron auf die Fotoplatte treffen, könnte man durch den Einschlagpunkt ziemlich sicher feststellen, durch welche Spalte das Elektron geflogen ist. Ausser das Elektron fliegt schräg durch die Spalten und trifft gerade in der Mitte hinter den beiden Spalten auf der Fotoplatte ein (dort, wo sich die beiden „Berge“ überscheiden). Dann könnte das Elektron durch die linke oder die rechte Spalte gelangt sein.
Soweit die klassische Erwartung. Soweit so gut.
    Das Problem dabei: Die Quantenphysik ist keine Alltagstheorie und im Rahmen unserer Intuition im Allgemeinen nur schwer verständlich. Die Elektronen tun und lassen scheinbar, was ihnen gefällt. Das tatsächliche Ergebnis des Experiments entspricht in keiner Hinsicht der geschilderten Erwartung. Auf der Fotoplatte zeichnet sich ein Muster ab, das mit der alltäglichen Erwartung nicht zu vereinbaren ist. Ein Muster, das einmal mehr beweist, wie unvollständig unser Wissen von der Welt und deren Hintergründe eigentlich ist. Tatsächlich bildete das Experiment ein Interferenzmuster (wie in Abbildung 8 dargestellt). Das heisst: Direkt hinter den Spalten (dort, wo man die meisten Elektronen vermuten würde), treffen am wenigsten Elektronen auf die Fotoplatte. Dafür sammeln sich Elektronen in Bereichen, die eigentlich kaum oder mit viel geringerer Wahrscheinlichkeit zugänglich sind (zum Beispiel zwischen den Spalten oder neben den Spalten). Diese Häufigkeitsverteilung kann eigentlich nur entstehen, wenn Wellen auf die Doppelspaltvorrichtung geschossen werden. Denn Wellen überlagern sich, wodurch sie sich verstärken oder zerstören können.
Abbildung 8Doppelspalt Experiment – tatsächliches Ergebnis
    Dabei entstehen die typischen Täler und Berge auf der Fotoplatte, ein so genanntes Interferenzmuster. Ein Elektron ist aber keine Welle,