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SG058 Materiewellen

Wellenfunktion

Quantenteilchen

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Es gibt sie tatsächlich! Materiewellen entsprechen elektromagnetischen Wellen und breiten sich wie diese im uns umgebenden Raum aus. Obwohl man schon seit Jahrzehnten von ihnen sprach und fälschlicherweise die deBroglie-Wellen bzw. die Schrödinger'schen Wellenfunktionen mit diesem Namen belegte, wurde das Entsprechende zu elektromagnetischen Wellen erst in den 90-er Jahren des 20. Jahrhunderts nachgewiesen.

Der Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle (Nobelpreis 2001 zusammen mit Eric A. Cornell und Carl E. Wieman) stellte im Jahre 1996 den ersten Atomlaser her. Er enthält bei Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt bestimmte Atome in einem besonderen Quantenzustand, bei dem alle Atome die gleichen Eigenschaften haben. Man nennt ihn ein "Bose-Einstein-Kondensat" (BEK oder engl. BEC). Teilt man ein solches B-E-Kondensat und lässt die beiden Teile unter dem Einfluss der Schwerkraft fallen und sich im Vakuum überlagern, interferieren die beiden Materiewellen gleicher Wellenlänge und bilden Maxima und Minima. In den Maxima ist die Atomdichte besonders hoch. Wenn man Laserlicht einstrahlt, das die Atome absorbieren können, kommt es durch solchen Stellen zur verstärkten Schattenbildung. Minima und Maxima können so nachgewiesen werden.

  Materiewellen agieren wie elektromagnetische Wellen im uns umgebenden 3-dimensionalen Anschauungsraum.  

Im Unterschied dazu handelt es sich bei den Schrödinger'schen Wellenfunktionen um abstrakte Wellen, die in (häufig höherdimensionalen) abstrakten "Konfigurationsräumen" agieren und nur für die Vorhersage von Wahrscheinlichkeiten für das Eintreten bestimmter Messwerte (z.B. für den Ort eines Quantenteilchens) zuständig sind. Niemand kann sich solche Konfigurationsräume vorstellen und niemand möchte sie sich vorstellen. Die elektromagnetischen Wellen des Lichts breiten sich im uns umgebenden Raum mit Lichtgeschwindigkeit aus, die Materiewellen des Atomlasers in obiger Anordnung mit der Fallgeschwindigkeit. Aber bei den Schrödinger'schen Wellenfunktionen von einer Ausbreitung im Anschauungsraum zu sprechen ist sinnlos.

     Die Schrödinger'schen Wellen breiten sich nicht im Anschauungsraum aus!    
Sie sollten nicht Materiewellen genannt werden.


Es ist ein Geburtsfehler einer seit Jahrzehnten üblichen Didaktik der Quantenphysik, dass fälschlicherweise behauptet wurde, die Schrödinger'schen Wellen seien Wellen im Anschauungsraum, breiten sich in unserer Umgebung aus.