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Unschärferelation

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Tippspiel
Halbprofi (offline)

Dabei seit 08.2010
111 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:17 Uhr

Zitat von Wasserhase:

Zitat von Tippspiel:

Könnte mir jemand dieses Video in verständlichen Worten erklären?
Bei mir setzt es gerade voll aus.
Gruß
Tippspiel

Edit:
Wenn ein Elektron eigentlich eine Welle ist (es wird ja nur zum Teilchen, wenn wir es beobachten/messen)
wie kann diese Welle dann negativ geladen sein?


Der Kerl erklärt hauptsächlich mal das Doppelspaltexperiment. Da kannst du dir mal dieses Video hier anschauen, da erklärt Feynman das höchstpersönlich.

Das Elektron ist nicht eigentlich eine Welle und auch nicht eigentlich ein Teilchen. Es ist etwas, das einmal diesen Charakter und einmal den anderen zeigt. Du kannst für jedes beliebige Objekt, auch für dich selber, eine Welle berechnen die dich beschreiben würde. Allerdings hat diese eine sehr geringe Wellenlänge, dein Wellencharakter tritt deshalb nicht auf.

Die Unschärferelation ergibt sich mathematisch sehr schön allgemein für 2 Observablen die eine bestimmte Gleichung erfüllen. Sie besagt, dass das Produkt der beiden Varianzen größer oder gleich einer Konstanten ist. Die bekannteste Ausführung ist jene für den Ort und den Impuls.

Vielleicht kannst du es dir als Welle vorstellen. Eine Welle hat eine feste Geschwindigkeit! Du kannst den Impuls der Welle also gut berechnen. Die Welle ist aber im Raum ausgebreitet, also weisst du nicht wo genau sie ist. Möchtest du den Ort der Welle bestimmen, versuchst du die Welle nachzubauen. Dazu überlagert man Wellen mit verschiedenen Impulsen. Du weisst dann also nicht mehr, welchen Impuls deine Welle hat, kennst aber den Ort.
Mathematisch macht man das in diesem Fall einfach mit einer Fourrier-Transformation, man wechselt vom Orts- in den Impulsraum oder andersrum, je nach dem was man haben möchte.

Konkret und mal ganz einfach modellhaft erklärt ist das etwa so: Du fährst mit dem Auto und der Tacho zeigt dir fast ganz genau an welche Geschwindigkeit du drauf hast. Das Navigationsgerät schafft es aber nur noch deine Position auf 100m genau zu bestimmen.
Das Problem ist, dass die beiden Größen verknüpft sind und eine gleichzeitige Messung nicht möglich ist. Dein System entwickelt sich also weiter, während du die eine Größe misst. Ausserdem: Du nimmst eine Messung am System vor, das heisst du trittst mit dem System in Aktion und veränderst es somit.
Das ist das was Herr Lesch in seinem Video versucht zu erklären. Du schaust dir an, durch welchen Spalt das Elektron geht. Dazu musst du es aber beleuchten und schubst mit dem Licht quasi das Elektron an, wodurch es eine andere Bahn bekommt. Diese Erklärung ist aber (und Feynman sagt das in seinem Video aber auch), ist in diesem Fall, also für den Doppelspaltversuch aber mit extremer Vorsicht zu genießen, denn man versucht mit dem Schubsen des Lichts (und damit die Änderung des Impulses) einen quantenmechanischen Effekt durch eine klassische (Newtonsche) Theorie zu erklären.
So ganz verstehe ich es noch nicht.
Also, eigentlich schwingen wir Menschen wie eine Welle. Nur haben wir so eine gebündelte Anzahl an Quanten, dass sich das wieder auslöscht?
Oder ist es so, dass, wenn wir andere Menschen anschauen, wir deren Ort "messen". Dadurch geht der Wellencharakter des angeschauten Menschen verloren und wir registrieren ihn als Ansammlung von Teilchen?

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LeSavant
Experte (offline)

Dabei seit 06.2010
1083 Beiträge

Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:29 Uhr
Zuletzt editiert am: 08.08.2011 um 14:38 Uhr

Zitat:

Wenn ein Elektron eigentlich eine Welle ist (es wird ja nur zum Teilchen, wenn wir es beobachten/messen)
wie kann diese Welle dann negativ geladen sein?


versteh ich generell nicht.

wellen sind wegbeschreibungen eines teilchens, aber nicht das teilchen selber.....

les mal alles zu wellen von maxwell durch (makroskopische maxwellgleichung)

siehe auch

* boson - teilchen mit symmetrischer wellenfunktion unter permutation.
* fermion - teilchen mit antisymmetrischer wellenfunktion unter permutation.
* austauschwechselwirkung


- semper fidelis -

Wasserhase - 36
Halbprofi (offline)

Dabei seit 02.2006
185 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:33 Uhr
Zuletzt editiert am: 08.08.2011 um 14:37 Uhr

Zitat von LeSavant:


wellen sind wegbeschreibungen eines teilchens, aber nicht das teilchen selber.....


Das kannst du so nicht stehen lassen. Aus den Maxwellgleichungen lässt sich eine Wellengleichung herleiten, deren Lösungen dann eine Welle beschreiben, also im elektromagnetischen Fall die Feldstärken an verschiedenen Orten im Raum, aber nicht den Weg eines Teilchens. Stell dir mal eine Kugelwelle vor. Wo soll das Teilchen da genau hingehen?

Chuck Norris and I compiled this information.

LeSavant
Experte (offline)

Dabei seit 06.2010
1083 Beiträge

Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:39 Uhr

wasserhase, ich hab mich in das noch nicht eingelesen. aber du hast recht, tschuldigung......

- semper fidelis -

Rifleman - 40
Experte (offline)

Dabei seit 09.2003
1540 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:41 Uhr

Zitat von LeSavant:

wellen sind wegbeschreibungen eines teilchens, aber nicht das teilchen selber.....

Du verwechselst Wellen mit Trajektorien...
Wie gesagt, wenn du von den Feldgleichungen wieder zurück zu Teilchen willst muss man das Feld wieder quantisieren, was mathematisch recht kompliziert ist.
Bei Schrödinger wird die Wellenfunktion nicht mit dem Teilchen selbst sondern mit seiner Aufenthaltswahrscheinlichkeit identifiziert (genauer: W(x,t) = |Psi(x,t)|² ).

Zitat von LeSavant:

les mal alles zu wellen von maxwell durch (makroskopische maxwellgleichung)

Die beschreiben E- und B-Felder. Die Quantisierung liefert dann das Photon...

Es sind die kleinen Dinge, die einen zum Wahnsinn treiben.

LeSavant
Experte (offline)

Dabei seit 06.2010
1083 Beiträge

Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:46 Uhr
Zuletzt editiert am: 08.08.2011 um 14:46 Uhr

trajektorien....

^^ für alle, die mal nachlesen wollen :)

- semper fidelis -

Wasserhase - 36
Halbprofi (offline)

Dabei seit 02.2006
185 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:47 Uhr

Zitat von Tippspiel:

So ganz verstehe ich es noch nicht.
Also, eigentlich schwingen wir Menschen wie eine Welle. Nur haben wir so eine gebündelte Anzahl an Quanten, dass sich das wieder auslöscht?
Oder ist es so, dass, wenn wir andere Menschen anschauen, wir deren Ort "messen". Dadurch geht der Wellencharakter des angeschauten Menschen verloren und wir registrieren ihn als Ansammlung von Teilchen?


Nein du musst dich jetzt erstmal von den konkreten Vorstellungen lösen.
Was dir im Moment wahrscheinlich die meisten Probleme bereitet ist erstmal nicht die Unschärferelation sondern der Welle-Teilchen-Dualismus. Das ist wohl etwas irreführend, weil es eben nicht so ist, das ein Objekt manchmal eine Welle und manchmal ein Teilchen ist, sondern es ist eben ein etwas, das sich einmal so verhält wie wir das von makroskopischen Objekten kennen und einmal wie wir es aus Beugungsxperimenten mit Licht kennen. (Licht zeigt übrigens auch Teilchencharakter -> Photoelektrischer Effekt)

Schau dir dazu mal das Feynman-Video an das ich schon verlinkt habe.

Die verschiedenen Konzepte von Teilchen und Welle sind über die de-Broglie Beziehung verknüpft. Das ist erstmal einfach nur ein mathematisches Konzept, das eben auch für makroskopische Objekte ein (wenn auch sehr kleines) Ergebnis liefert. Ab welcher Größe die Welleneigenschaft eines Objektes jetzt wichtig wird, kann dir niemand genau sagen :-)





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Wasserhase - 36
Halbprofi (offline)

Dabei seit 02.2006
185 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 14:50 Uhr

Zitat von LeSavant:

trajektorien....

^^ für alle, die mal nachlesen wollen :)


Mach es dir nicht so kompliziert ;-)

Eine Trajektorie ist einfach die Bahn eines Körpers, die er im Ortstraum zurücklegt. Zb die Flugbahn eines Balls.

Chuck Norris and I compiled this information.

Tippspiel
Halbprofi (offline)

Dabei seit 08.2010
111 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 23:12 Uhr

Zitat von LeSavant:

trajektorien....

^^ für alle, die mal nachlesen wollen :)
Mich hats im ersten Satz rausgehauen:-D

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Tippspiel
Halbprofi (offline)

Dabei seit 08.2010
111 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 23:14 Uhr

Zitat von Wasserhase:

Zitat von Tippspiel:

So ganz verstehe ich es noch nicht.
Also, eigentlich schwingen wir Menschen wie eine Welle. Nur haben wir so eine gebündelte Anzahl an Quanten, dass sich das wieder auslöscht?
Oder ist es so, dass, wenn wir andere Menschen anschauen, wir deren Ort "messen". Dadurch geht der Wellencharakter des angeschauten Menschen verloren und wir registrieren ihn als Ansammlung von Teilchen?


Nein du musst dich jetzt erstmal von den konkreten Vorstellungen lösen.
Was dir im Moment wahrscheinlich die meisten Probleme bereitet ist erstmal nicht die Unschärferelation sondern der Welle-Teilchen-Dualismus. Das ist wohl etwas irreführend, weil es eben nicht so ist, das ein Objekt manchmal eine Welle und manchmal ein Teilchen ist, sondern es ist eben ein etwas, das sich einmal so verhält wie wir das von makroskopischen Objekten kennen und einmal wie wir es aus Beugungsxperimenten mit Licht kennen. (Licht zeigt übrigens auch Teilchencharakter -> Photoelektrischer Effekt)

Schau dir dazu mal das Feynman-Video an das ich schon verlinkt habe.

Die verschiedenen Konzepte von Teilchen und Welle sind über die de-Broglie Beziehung verknüpft. Das ist erstmal einfach nur ein mathematisches Konzept, das eben auch für makroskopische Objekte ein (wenn auch sehr kleines) Ergebnis liefert. Ab welcher Größe die Welleneigenschaft eines Objektes jetzt wichtig wird, kann dir niemand genau sagen :-)



So, um jetzt das Fass überlaufen zu lassen:
Was ist dann ein Elektron beim Tunneleffekt?
Ein Teilchen, eine Welle?


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Tippspiel
Halbprofi (offline)

Dabei seit 08.2010
111 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 23:15 Uhr

b2t:
Ich verstehe zum Beispiel das Paradoxon von Schrödingers Katze nicht.
Was hat das mit der Unschärferelation zu tun?

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madeofclay
Profi (offline)

Dabei seit 06.2011
705 Beiträge

Geschrieben am: 08.08.2011 um 23:17 Uhr

Zitat von Tippspiel:

So, um jetzt das Fass überlaufen zu lassen:
Was ist dann ein Elektron beim Tunneleffekt?
Ein Teilchen, eine Welle?


Ein Brot :-D

Sorry, Hirn mittlerweile überlastet

Eine Investition in Wissen bringt immer noch die besten Zinsen.

Tippspiel
Halbprofi (offline)

Dabei seit 08.2010
111 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 23:31 Uhr

Zitat von madeofclay:

Zitat von Tippspiel:

So, um jetzt das Fass überlaufen zu lassen:
Was ist dann ein Elektron beim Tunneleffekt?
Ein Teilchen, eine Welle?


Ein Brot :-D

Sorry, Hirn mittlerweile überlastet
Ah, was ich gerade gefunden habe:
Der Tunneleffekt ist eine seltsame Folgerunge aus der Heisenbergschen Unschärferelation: die besagt, dass ein Teilchen keinen exakt festgelegten Ort bzw. keine exakt festgelegte Geschwindigkeit hat. Die Position eines Teilchens wird durch eine Wellenfunktion beschrieben, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass es sich an einem bestimmten Ort befindet. Daraus folgt, dass ein Teilchen fähig ist, eine (Potential)Barriere zu durchdringen, die für "klassische" Teilchen unüberwindbar wäre. In der klassischen Physik ist der Ort eines Teilchens immer eindeutig. Entweder es befindet sich auf der einen Seite der Barriere oder auf der anderen. Die Quantenmechanik beschreibt das aber anders: die Wellenfunktion kann die Barriere durchdringen und das Teilchen befindet sich quasi auf beiden Seiten. Es besteht also eine gewisse, geringe Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen zu einem gegebenen Zeitpunkt die Barriere durchdringt ("tunnelt").

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Wasserhase - 36
Halbprofi (offline)

Dabei seit 02.2006
185 Beiträge
Geschrieben am: 08.08.2011 um 23:49 Uhr

Zitat von Tippspiel:

Zitat von madeofclay:

Zitat von Tippspiel:

So, um jetzt das Fass überlaufen zu lassen:
Was ist dann ein Elektron beim Tunneleffekt?
Ein Teilchen, eine Welle?


Ein Brot :-D

Sorry, Hirn mittlerweile überlastet
Ah, was ich gerade gefunden habe:
Der Tunneleffekt ist eine seltsame Folgerunge aus der Heisenbergschen Unschärferelation: die besagt, dass ein Teilchen keinen exakt festgelegten Ort bzw. keine exakt festgelegte Geschwindigkeit hat. Die Position eines Teilchens wird durch eine Wellenfunktion beschrieben, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass es sich an einem bestimmten Ort befindet. Daraus folgt, dass ein Teilchen fähig ist, eine (Potential)Barriere zu durchdringen, die für "klassische" Teilchen unüberwindbar wäre. In der klassischen Physik ist der Ort eines Teilchens immer eindeutig. Entweder es befindet sich auf der einen Seite der Barriere oder auf der anderen. Die Quantenmechanik beschreibt das aber anders: die Wellenfunktion kann die Barriere durchdringen und das Teilchen befindet sich quasi auf beiden Seiten. Es besteht also eine gewisse, geringe Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen zu einem gegebenen Zeitpunkt die Barriere durchdringt ("tunnelt").


Genau, das ist das Was Rifleman schon geschrieben hat. In der QM beschreibst du ein Teilchen als Wellenfunktion. Das gibt dir aber NICHT die Position des Teilchens. Die Aufenthaltswahrscheinlich ist das Betragsquadrat dieser Funktion. Und für gewisse Potentiale gibt es dann auch eine Wahrscheinlichkeit das Teilchen hinter dem Potentialwall zu finden.
Wie als ob es eine Wahrscheinlich gäbe, dass du mit dem Auto durch eine Wand fahren kannst.

Chuck Norris and I compiled this information.

LeSavant
Experte (offline)

Dabei seit 06.2010
1083 Beiträge

Geschrieben am: 09.08.2011 um 01:42 Uhr
Zuletzt editiert am: 09.08.2011 um 01:55 Uhr

Zitat:

Wie als ob es eine Wahrscheinlich gäbe, dass du mit dem Auto durch eine Wand fahren kannst.


in der quantenmechanik sollte dies möglich sein...... ;-)

um schrödingers katze zu verstehen, könnte man auch die de-broglie-bohm-theorie (bohmsche mechanik) lesen. diese fügt eine weitere gleichung zur quantenmechanik hinzu, welche den genauen ort und damit die konfiguration eines systems zu jeder zeit festlegt.
--> aufgrund der quantengleichgewichtshypothese wird in der bohmschen mechanik auch die heisenbergsche unschärferelation nicht verletzt

- semper fidelis -

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