Februar 1, 2023

Schach und Quantenphysik (4) – Denk- und Spielmaterial (V): quanten WIRKUNGSVOLLE winzlinge

WIRKUNGSVOLLE winzlinge

Small is beautiful and strange…

Was können Sie sich leichter vorstellen: ein unendlich großes Universum oder ein beinahe unendlich kleines Fast-Nichts genannt Quantum?

Quantenriese Zeilinger bekommt die Dimensionen in den Griff, auch wenn sie noch so klein sind (2005, S. 20): „…alle materiellen Gegenstände (sind) aus Atomen aufgebaut. Diese Atome sind unvorstellbar klein. Ein einzelnes Atom hat einen Durchmesser von etwa zehn hoch minus acht Zentimeter, das ist 0,00000001 Zentimeter oder ein Hundertstel eines Millionstels eines Zentimeters“. Dies gilt immerhin für ein ganzes Atom, noch winzigkleinster wirds bei solchen Quanten: Elektronen und Photonen.

Nebenbei gefragt: ist es nicht völlig sinnlos bei diesen Minimalmaßen zu streiten, ob Partikel oder Welle? Mein momentaner Standpunkt dazu: Es ist (fast) sinnlos, aber es hilft weiter. Warum so ein Hype, ein Spektakel um diese raumsparenden Leichtgewichte? Jeder schwere Gedanke wiegt doch mehr als so ein Quant! Dennoch: Zwar sind sie Leichtgewichte, aber keine Nichtsnutze. Quanten machen Manches, sie tun Einiges, sie schaffen Alles. Ohne Quanten ist Alles Nichts. Wenn sich deine Quanten von dir verabschieden, bist du ein mattes Vakuum – ok, du/es fluktuiert immerhin.

Was zeigen wir dem inneren Auge?

Die Konzepte „Materiewellen“ bzw. „Quantenwellen“ finde ich sprachlich gelungen, und stelle mir dabei meist Wasser- oder Meereswellen vor. Manche Physiker weisen jedoch darauf hin, dass ein Vergleich mit Wasserwellen der Komplexität von Materiewellen nicht gerecht wird (Greene 1990, S. 122 & 126-128; vgl. Feynman 1993, S. 164-165).

 

Heftig umstritten ist die, auch für unsere Zwecke, relevante Frage: Hat ein Makro-Objekt (umfassende) Materiewellen? (vgl. Davies & Gribbin 1993, S. 190-192). „Im Prinzip haben sogar makroskopische Objekte wie Menschen und Planeten ihre individuellen Quantenwellen, die durch de Broglies Wellengleichung determiniert sind“ (Davies & Gribbin (1993, S. 190-191). Um ein Missverständnis nicht aufkommen zu lassen, zu dem ich auch gerne neige, sei hier eine erhellende Erklärung von Greene gegeben: „Auch Materieteilchen sind Wellen“ (Greene 2000, S. 128). Aber, „der wellenartige Charakter der Materie (wird) unmittelbar nur bei sorgfältigen mikroskopischen Untersuchungen sichtbar“ (Greene 2000, S. 130). Elefanten, Menschen oder Schachfiguren sich jeweils als eine einzige große Materiewelle vorzustellen ist grandios, aber wissenschaftlich gewagt. Ob es stimmt, muss sich noch zeigen, siehe unten: Quanten in allen Größen / Quantum at all scales.

Wie wärs, wenn ich mir Quanten als Zwerge vorstellen würde, auf den Schultern von Molekülen? Nein, dann doch lieber als winzige Schachfiguren mit zahlreichen Kraftlinien (Wirkungswellen) in Quantenfeldern? Naja, das geht noch besser! Welche Struktur haben diese wandelbaren Quanten. Wie zeig ich sie meinem inneren Auge? Bei mehreren Quanten zusammen gings: Quantenschaum (nach Prof. Wheeler) – hübsche Vorstellung: Quanten in der Badewanne. Doch dann kalte Dusche, den Quantenschaum soll es nicht wirklich geben.

Dr. Reinhard Munzert

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