Wie die CERN-Website hervorhebt
Die Theorien und Entdeckungen von Tausenden von Physikern im letzten Jahrhundert haben zu einem bemerkenswerten Einblick in die grundlegende Struktur von geführt Materie: Alles im Universum besteht aus zwölf Grundbausteinen, die als fundamentale Teilchen bezeichnet werden und von vier fundamentalen Kräften gesteuert werden.
Es muss betont werden, dass sie sich auf Quantenteilchen beziehen. Ein Quantenteilchen ist kein Newtonsches Teilchen. Ein Quantenteilchen ist keine Welle. Ein Quantenteilchen verhält sich niemals wie eine Welle, und dies ist der Grund, warum die Disziplin, die Quantenteilchen wie Elektronen, Quarks oder Photonen untersucht, als "Teilchenphysik" nicht "Wellenphysik" bezeichnet wird. P. >
Ihre Frage zur Welle-Teilchen-Dualität wird auf der Klein-Site gut beantwortet:
Es gibt keine echte Welle-Teilchen-Dualität.
Die Site enthüllt auch interessante historische Details darüber, wie die falschen Überzeugungen über Dualität und Komplementarität auf frühen Missverständnissen der Quantentheorie sowie einigen technologischen Einschränkungen der in frühen Doppelspalt-Interferenzexperimenten verwendeten Apparatur beruhten.
Sind "Teilchen" wirklich "Wellen"? In den frühen Experimenten wurden die Beugungsmuster ganzheitlich mittels einer fotografischen Platte erfasst, die einzelne Partikel nicht erfassen konnte. Infolgedessen wuchs die Vorstellung, dass Partikel- und Welleneigenschaften in dem Sinne inkompatibel oder komplementär waren, dass unterschiedliche Messgeräte erforderlich wären, um sie zu beobachten. Diese Idee war jedoch nur eine unglückliche Verallgemeinerung aufgrund einer technologischen Einschränkung. Heute ist es möglich, die Ankunft einzelner Elektronen zu erfassen und das Beugungsmuster als statistisches Muster zu sehen, das aus vielen kleinen Punkten besteht (Tonomura et al., 1989).
Heute wissen wir, dass Welle-Teilchen-Dualität nicht existiert und die moderne Literatur vermeidet den Begriff:
Die wundersame „Welle-Teilchen-Dualität“ blüht weiter populäre Texte und elementare Lehrbücher. Die Häufigkeit des Auftretens dieses Begriffs in wissenschaftlichen Arbeiten hat jedoch in den letzten Jahren abgenommen (dasselbe gilt für Bohrs Begriff der Komplementarität).
In der Tat, wenn eine Welle-Teilchen-Dualität vorliegt existierte oder spielte eine grundlegende Rolle, die es in modernen Lehrbüchern finden würde. Ein Kritiker in den Kommentaren appelliert an die Quantenfeldtheorie, aber Tatsache ist, dass man den Begriff "Welle-Teilchen-Dualität" nicht in den Indizes neuerer Lehrbücher der Quantenfeldtheorie wie Weinberg (Band I) oder in Klassikern wie dem von Mandl finden kann & Shaw. Warum? Weil es in der Natur keine "Welle-Teilchen-Dualität" gibt.
Sie können auch das wissenschaftliche Clossar CERN überprüfen und sicherstellen, dass kein Eintrag oder keine Erwähnung zu "Welle-Teilchen" vorliegt Dualität". Warum? Weil es in der Natur keine "Welle-Teilchen-Dualität" gibt.
Einige Leute glauben, dass die in einigen QM-Formulierungen verwendeten Wellenfunktionen echte Wellen sind, aber dies ist ein Fehler. Eine Welle ist ein physikalisches System, das Energie und Impuls trägt. Eine Wellenfunktion ist eine mathematische Funktion, die nicht beobachtet werden kann. Wellenfunktionen sind nur eine ungefähre Möglichkeit, die Zustände von echten Quantenobjekten in bestimmten Formulierungen von QM darzustellen. Der Quantenzustand eines offenen Systems kann nicht durch eine Wellenfunktion dargestellt werden. Es ist keine bloße Frage der Semantik.
Wie die oben zitierte Klein-Stelle klar erklärt, können alle Quantenphänomene einschließlich Interferenzmuster ohne Wellen-Teilchen-Dualität erklärt werden.
Man würde auch Experimente wie das des Doppelspaltes mit Elektronen analysieren. Wie oben erwähnt, ist es heute möglich, die Ankunft einzelner Elektronen zu erfassen und das Beugungsmuster als statistisches Muster zu sehen, das aus vielen kleinen Punkten besteht. Um das statistische Interferenzmuster zu erhalten, müssen Sie das Experiment während eines Zeitraums wiederholen und die Ergebnisse jedes einzelnen Laufs in einer endgültigen statistischen Zahl p überlagern >
Das beobachtete statistische Interferenzmuster entspricht einer statistischen Verteilung der Positionen verschiedener Partikel zu unterschiedlichen Zeiten. Es gibt kein Wellenverhalten für ein einzelnes Elektron:
Die Manifestationen des wellenartigen Verhaltens sind statistischer Natur und ergeben sich immer aus dem kollektiven Ergebnis vieler Elektronenereignisse. Im vorliegenden Experiment ist beim Eintreffen einzelner Elektronen in der Beobachtungsebene nichts Wellenartiges erkennbar. Erst nach dem Eintreffen von vielleicht Zehntausenden von Elektronen entsteht ein Muster, das als wellenartige Interferenz interpretiert werden kann.
Beachten Sie, dass der Autor "wellenartig" korrekt schreibt, weil Im Experiment wird keine reale Welle erkannt. Im Detektor wird nur ein statistisches Muster beobachtet.
@annaV hat eine hervorragende Bemerkung über unser modernes Verständnis dieses Experiments geschrieben. Ich möchte hinzufügen, dass die jüngsten Fortschritte in der Quantentheorie es uns ermöglichen, die Flugbahn jedes Teilchens im Experiment zu berechnen. Das Ergebnis der theoretischen Simulation des Partikels, gefolgt von jedem Partikel in einem Doppelspaltexperiment, ist
, das genau das beobachtete Verhalten und das genaue Interferenzmuster im Doppel vorhersagt Schlitzversuch.
Leider war die Entwicklung der Quantenmechanik von Mythen und Missverständnissen geplagt. Ich würde das Ballentine-Lehrbuch für eine rigorose und fortgeschrittene Behandlung der Quantenmechanik ohne alte Missverständnisse wie "Welle-Teilchen-Dualität" empfehlen:
Dieser Ansatz ersetzt die heuristischen, aber nicht schlüssigen Argumente, die auf Analogie und Welle beruhen. Teilchen-Dualität, die den ernsthaften Schüler so frustriert.
Quantenmechanik eine moderne Entwicklung gilt heute als eines der besten Lehrbücher.