QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie (German Edition) by Feynman Richard P

Author:Feynman, Richard P. [Feynman, Richard P.]
Language: deu
Format: epub
ISBN: 9783492959865
Publisher: Piper (com)
Published: 2012-07-31T22:00:00+00:00

Nun werden Sie mich natürlich fragen, wie lange sich dieser Prozeß der Aufspaltung von Ereignissen in immer einfachere Teilereignisse fortführen läßt und wie die kleinstmöglichen Ereignisschnipsel beschaffen sind beziehungsweise ob sich alle Ereignisse, die mit Licht und Elektronen zu tun haben, aus einer beschränkten Anzahl solcher Ereignisschnipsel zusammensetzen lassen. Kurzum, ob die Sprache der Quantenelektrodynamik aus einer beschränkten Anzahl »Buchstaben« besteht, aus denen sich die »Wörter« und »Sätze« bilden lassen, mit deren Hilfe wir nahezu jede Naturerscheinung beschreiben können.

Die Antwort lautet: Ja, und zwar aus drei. Drei Grundvorgänge genügen, um alle mit Licht und Elektronen verbundenen Phänomene hervorzurufen.

Bevor ich Ihnen diese drei Grundvorgänge benenne, sollte ich Ihnen der Ordnung halber erst einmal die Beteiligten vorstellen. Die Akteure sind Photonen und Elektronen. Die erstgenannten, die Photonen oder Lichtpartikel, haben wir in den beiden ersten Vorlesungen bereits ausführlich besprochen. Die Elektronen wurden bei ihrer Entdeckung 1895 als Teilchen eingestuft, zum einen, weil man sie zählen konnte; zum andern, weil man sie auf einen Tropfen Öl setzen und ihre elektrische Ladung messen konnte. Daß ihre Bewegung im Draht den elektrischen Strom hervorruft, stellte sich erst nach und nach heraus.

In der ersten Zeit nach der Entdeckung der Elektronen betrachtete man die Atome als eine Art kleiner Sonnensysteme, bestehend aus einem schweren Zentrum (dem sogenannten Atomkern) und Elektronen, die es, ähnlich wie die Planeten die Sonne, auf bestimmten »Bahnen« umkreisen. Wer sich diese Atomvorstellung bewahrt hat, lebt, was die Entwicklung der Physik betrifft, im Jahre 1910. 1924 entdeckte Louis De Broglie den wellenartigen Charakter der Elektronen, und noch im selben Jahr wiesen C. J. Davisson und L. H. Germer von den Bell Laborstories anhand der Bombardierung eines Nickelkristalls mit Elektronen nach, daß sie (genau wie Röntgenstrahlen) in verrückten Winkeln abprallen, die sich mit De Broglies Formel für die Wellenlänge eines Elektrons berechnen lassen.

Betrachten wir das Verhalten der Photonen im Großen – über Entfernungen, die nicht mehr mit der Umdrehung eines Stoppuhrzeigers zu messen wären –, lassen sich die Erscheinungen durch Gesetze wie dem von der »geradlinigen Ausbreitung des Lichts« näherungsweise recht gut erfassen, denn der Weg der geringsten Zeit wird durch genügend viele benachbarte Wege hinreichend verstärkt. Umgekehrt genügt die Zahl der anderen Wege, damit sich diese gegenseitig aufheben. In dem Augenblick aber, in dem der Bewegungsspielraum des Photons zu klein wird (wie im Fall der winzigen Spalte im Schirm), versagen diese Gesetze, und wir entdecken, daß sich Licht keineswegs geradlinig auszubreiten braucht, daß bei zwei Spalten Interferenzen auftreten und so fort. Dasselbe gilt auch für Elektronen: Bei einem großen Bewegungsspielraum bewegen sie sich wie Teilchen auf festen Pfaden. Wird dieser Bewegungsspielraum jedoch, wie im Inneren von Atomen, spürbar beschnitten, das heißt, gibt es nicht mehr genügend Raum für einen Hauptweg, für eine »Bahn«, kann das Elektron alle möglichen Wege einschlagen, und für jeden gibt es eine Amplitude. Nun erlangt das Phänomen der Interferenz mit einemmal große Bedeutung, und wir müssen die Pfeile addieren, um das Verhalten eines Elektrons vorhersagen zu können.

Interessant ist übrigens; daß die Elektronen zunächst als Teilchen betrachtet wurden und ihr Wellencharakter

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