[Querkopf]

Hallo Querkopf,

danke für die exzellente und interessante Darstellung deiner Sicht zum Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts. Ich denke, es ist alles logisch und richtig, was du geschrieben hast, und du bringst - vielleicht ein wenig aus der Sicht eines Theoretikers - diese Fragestellung auf den Punkt.
Vermutlich braucht es aber zumindest einen Physik-Studenten, um von deinem Beitrag profitieren zu können.

Vielen Dank für den Lob.
Meine Zielgruppe waren auch nicht Laien völlig ohne Hintergund. Ich denke ohne bestimmte Grundlagen macht es ohne keinen Sinn sich über die frage nach dem Licht Gedanken zu machen, es muss unverständlich sein (Obwohl es ein recht gutes Buch von Feynman gibt, allerdings auf Grundlage des Pfadintegralformalismus).

Mein Ziel war es vielmehr interessierten Laien mit Hintergrundwissen z.B. aus der Chemie, der Elektrotechnik oder dem Maschinenbau einen Gewissen Einblick in die Struktur der QED zu geben, also Leuten die mit einer Differentialgleichung, vielleicht auch mit den Maxwellgleichungen und ein wenig mit Quantenmechanik vertraut sind.
Deshalb auch die Starke Anlehnung an die Maxwellgleichungen.
Ich denke viele Elektroingenieure z.B. hegen ein gewisses Misstrauen der Modernen Physik gegenüber, benutzen aber die Maxwellgleichung oder ihre Ableitungen mit großer Selbstverständlichkeit.
Daher war es mein Ziel zu zeigen, das QED keine Magie ist, sondern die Konsequente Fortentwicklung der Maxwellgleichungen, mit dem Ziel, die im Experiment gefundenen Energiepaketlösungen zu erhalten. Bestimmte Aspekte wie Kommutatorrelationen habe ich daher auch unter den Tisch fallen lassen.
Ich werde im folgenden meine „Philosophie“ anhand einiger Kommentare erleutern.

Ihre mathematischen Theorien in Ehren, aber Mathematik hat ihre Grenzen -durch seine Axiome und Definitionen (Maxwell durch die Vektorrechnung und die Wellengleichungen durch die Differenzialgleichungsregeln).
Physik geht zunächst von der Natur aus. Es ist natürlich schön, wenn man mathematische Gesetze aufstellen kann wie De Brogly oder Max Planck, aber wir haben eine Dimension erreicht in der wir keine eindeutigen Grössen messen können.

Dann argumentieren wir unabhängig ob in der klassischen Physik oder in der Quantenphysik von einer gänzlich anderen erkenntnistheoretischen Grundposition aus.
Meine Ausgangsposition ist in wenigen Worten etwa folgende:
Eine physikalische Theorie stellt mathematische Beziehungen zwischen Messgrößen her.
Einige dieser Messgroßen sind fundamental, ihre Einheiten sind durch einen Messapparat und ein Messverfahren definiert (z.B. in Deutschland durch die PTB in Braunschweig). Andere Größen lassen sich dann daraus ableiten.
Wenn ich also von einer Länge spreche, dann verstehe ich darunter etwas was man erhält, wenn man einen Laser und eine Atomuhr nehme einer bestimmten Messvorschrift folge und dass Ergebnis auf eine Standartmessung (Definition des Meters) normiere.
Ziel der Theoretischen Physik, ist es dabei mit einem Minimum an konsistenten mathematischen Aussagen auszukommen, aus denen sich alle Messresultate ableiten lassen.
Die übliche vorgehensweise dabei ist, das ein System solcher Aussagen als Axiome (oder first principles) postuliert wird und ihre Richtigkeit durch die Überprüfung der Richtigkeit der aus ihnen abgeleiteten Vorhersagen gezeigt wird.

Ein Beispiel sind die Maxwellgleichungen der Elektrodynamik. Sie wurden von Maxwell einfach postuliert (genauer gesagt, den bekannten experimentellen aussagen wurde aus Symmetrieüberlegungen der Maxwellsche Verschiebungsström hinzugefügt).

Aus diesen Axiomen lassen sich die Knoten und Maschenregeln für Stromkreise, die Existenz Elektromagnetischer Wellen, deren Konstante Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum und die gesamte klassische Optik ableiten.
Folglich ist die Theorie im klassischen Fall ein sehr gute Theorie.

In Quantentheorien gehe ich nicht anders vor. Ich postuliere bestimmte mathematische Beziehungen, in einer Quantentheorie kann das z.B. der fundamentale Kommutator sein (also die mathematische Version der Heisenbergschen Unschärfe) und bekomme dann bestimme abgeleitete aussagen, z.B. Streuwinkel zwischen Teilchen oder Energieniveaus in einem Wasserstoffatom.
Zu anderen Dingen kann ich ohnehin nichts sagen. Was ein Elektron macht wenn ich nicht hingucke kann ich nicht sagen. Zumindest nicht in der Physik, die mathematische Beziehungen zwischen Messgrößen beschreibt.
Von daher ist en Ansatz der Natur beschreibt (im Wörtlichen Sinne) ziemlich naiv und durch die Quantenphysik eigentlich widerlegt. Abgesehen davon stellt es einen Rückschritt in die Zeit vor 1687 (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica von Sir Isaac Newton) dar.
Es mag vielleicht in der Schule oder auch im Ingenieurstudium nicht klar werden, aber der gute Isaac Newton hat einfach die Differential und Integralrechnung entwickelt und in diesem neuen mathematischen Kalkül drei physikalische Axiome aufgestellt, aus denen sich die komplette klassische Mechanik ableiten lässt. Das ist seit 321 Jahre der Weltstandard in Sachen Konstruktion physikalischer Theorien. Deshalb ist der Mann so wichtig für das abendländische denken. Nicht wegen ein bisschen läppischer Mechanik, die man anders viel effektiver betreiben kann, sondern weil er die Art und Weise über Physik nachzudenken verändert hat.

Die Zeit in die du Zurück willst ist eine in der Europa mal gerade die Folgen des dreißigjährigen Krieges überwunden hat, Hexen noch fleißig verbrannt wurden und in Spanien die Inquisition wütete.

Wir sind stolz, dass wir Atome sehen können, aber wir sind weit davon entfernt, damit nach den klassischen mechanischen Regeln etwas zu manipulieren ( rollen, stossen, beschleunigen und bremsen) . Eine Steuerung eines radioaktiven Zerfalles wäre doch ein lohnendes Ziel. Erst dann können wir doch von Quanten"mechanik" sprechen, aber das wird sicherlich noch Jahrzehnte dauern.

Der Punkt ist, das sich Atome offensichtlich nicht nach klassischen Regeln verhalten. Die Quantenmechanik postuliert dieses Quantenverhalten, daher ich führe ausgehend von der klassischen Mechanik (im Lagrange oder Hamilton Formalismus) eine Quantisierung durch.
Entscheidend ist, dass ich im Grenzfall die klassische Mechanik erhalte. Die geometrische Struktur der Quantenmechanik ist sogar weitestgehend identisch mit der der Mechanik (Stichwort Phasenraum als durch eine Lie -Klammer definierte Symplektische Mannigfaltigkeit, ein Aspekt der aber im Ingenieurstudium wohl vernachlässigt wird).

Im rahmen dieser Regeln für unsere Atommechanik kann ich natürlich auch Manipulationen durchführen.
Vorreiter dabei ist IBM in Almaden und Zürich Rüschlikon, vorllem mit späktakulären Experimenten in den 90ern:
Hübschem Atomarem Firmennamen: http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/images/stm10.jpg
Kenji Zeichen (Eisenatoma auf Kupfer)
http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/images/stm11.jpg
Quantenkorallen: Atom für Atom zusammengesetzt:
http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/images/stm16.jpg
Molecule Cascades: http://www.almaden.ibm.com/st/past_p...cule_cascades/

... und vielem mehr http://www.almaden.ibm.com/almaden/p...&%20Technology




Soviel zu meinem Ausgangspunkt.


Nun zu einigen Punkten, die zu zeigen mir wichtig ist und die ich in vielen anderen Beiträgen schon angesprochen habe

1. Teilchen sind Wellen?
Die in der Schule oder der Populärwissenschaft üblicherweise angesprochenen Wellenfunktionen sind nur eine spezielle Darstellungsweise der Quantenmechanik. Ich kann Quantenmechanik sehr gut ohne Wellenfunktionen beschreibe, wenn ich zu komplexeren Problemen (Spinprobleme oder Verschränkung z.B.) übergehe, ist das sogar fast unvermeidbar.
Deshalb sollte man diesen Punkt nicht überinterpretieren.
In der Tat sagt mir die Quantenfeldtheorie dann auch, was ein Teilchen ist.

Selbst wenn ich mit Wellenfunktionen rechne habe ich nicht unbedingt sinusförmige wellen mit einem Wellenberg und einem Tal die sich dann zu einem Interferenzmuster überlagern. Die Schrödingergleichung in der Ortsdarstellung ist eine Wellengleichung, daher ein spezieller Typ Differentialgleichung. Alle ihre Lösungen werden wellen genannt, unabhängig davon wie grottig sie aussehen. Abhängig Vom Potential und den Randbedingungen, kann eine solche „Welle“ z.B. auch einen Exponentiellen Zerfall darstellen (Tunneleffekt).
Durch ein zu starkes klammern an der Anschauung steht man sich hier nur selbst im Weg.