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SG021  Teilchen und Körper

Masse

Impuls

Glossar 

Physik für Schülerinnen und Schüler

Viele Gegenstände der Physik werden abstrahierend als Körper zusammengefasst: Fahrzeuge, Tiere, Himmelskörper, fallende Steine, etc. Oft werden sie weiter idealisiert, indem man sie in Gedanken zu einem Punkt zusammenschrumpfen lässt, dem Schwerpunkt, in dem die ganze Masse des Körpers konzentriert sei. Man spricht dann vom Modell eines Massenpunktes.

Bei bekannten Anfangsbedingungen lässt sich für einen Massenpunkt die Zukunft mit Hilfe des 2. Newton'schen Gesetzes vorhersagen, wenn die wirkende Kraft bekannt ist (Kausalität). Es sind dann nur Translationsbewegungen möglich. Bei ausgedehnten Körpern spielen die Angriffspunkte der Kräfte eine wichtige Rolle, weil dann Drehmomente entstehen, die zu beschleunigten Rotationsbewegungen führen können.

In der Atomphysik muss man zu immer kleineren Körpern übergehen, die oft auch - wenigstens in gewissen Näherungen - als Massenpunkte gesehen werden. Man nennt sie Teilchen (engl. particles). In der klassischen Physik haben alle Teilchen eine Masse größer als 0.


Tatsächlich lehrt aber die Quantentheorie, dass solche Teilchen ganz andere Eigenschaften haben müssen als klassische Massenpunkte. Man spricht von Quantenteilchen, um sie von klassischen Teilchen zu unterscheiden. Ein Quantenteilchen hat einige wenige feste Eigenschaften wie (Ruhe-)Masse, Ladung, Spin, ... . Ein Quantenteilchen wie das Photon kann auch eine verschwindende (Ruhe-)Masse haben. Andere be-stimmte (klassisch denkbare) Eigenschaften hat ein Quantenteilchen nur, wenn sie gemessen sind. Sonst sind sie un-be-stimmt. Ein Quantenteilchen kann nicht alle Eigenschaften zugleich haben, die ein klassischer Massenpunkt hat (Komplementarität).

Es gibt andere Quantenobjekte, die man sich nicht als eine Kombination individueller Quantenteilchen im klassischen Sinn vorstellen darf, z.B. Teilchenzwillinge.

Misst man von einem Teilchenzwilling die Teilchenzahl, erhält man immer genau 2. Aber diese beiden Teilchen haben im Teilchenzwilling keine individuellen Eigenschaften. Zerstört man den Teilchenzwilling durch eine Messung, findet man individuelle Eigenschaften für beide, z.B. die Impulse. Sie hängen eng miteinander zusammen, z.B.  p1 = - p2., wenn der Gesamtimpuls des Zwillings 0 ist. Aber dass sie im Zwilling, vor der Messung, keine bestimmten individuellen Eigenschaften hatten, ist schon deshalb zu vermuten, weil sich bei jeder Messung in der Regel andere Werte ergeben.

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( Oktober 2013 )