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Der Welle-Teilchen-Dualismus und die Einteilchen-Interferenz Licht oder
Elementarteilchen haben zugleich Wellen- als auch Teilchencharakter. Die Wellennatur des Lichts wird mit dem Doppelspaltversuch mit dem Young- Interferometer nachgewiesen. Ein Lichtstrahl trifft auf eine
undurchlässige Barriere, die zwei Lücken bzw. feinen, eng beieinander liegenden Spalten aufweist. Auf der anderen Seite der Barriere (Doppelspalts) steht ein Schirm oder eine Photoplatte, auf dem sich die Intensität des
durchgelassenen Lichts abzeichnet. Die Differenz der beiden Weglängen bestimmt die Lichtintensität, die in einem gegebenen Punkt ankommt. je nach Wellenlänge der Strahlung und Geometrie des Doppelspalts erscheinen
streifenförmig helle und dunkle Bereiche. Die hellen Streifen befinden sich genau dort, wo die beiden vom Doppelspalt ausgehenden Elementarwellen einen Wegunterschied aufweisen, die ein ganzzahliges Vielfaches der
Wellenlänge ist. Interferenz kann man täglich beobachten, wen man durch eine feine Gardine auf eine dahinter liegende Lichtquelle schaut. Dabei erkennt man ein Muster von Pünktchen, das sind die Punkte maximaler
Intensität. Der Stoff bildet die Spaltanordnung, das Auge ist der Schirm. Mit dieser Interferenz geben sich die Wellen zu erkennen.
Die Theorie vom
atomaren Aufbau der Materie ermöglicht es uns, alle natürlichen Phänomene wie Wärme, Elektrizität, Magnetismus auf die Bewegung von Atomen zurückzuführen. Den elektrischen Strom begreift man als Verschiebung von
Teilchen, die eine elektrische Ladung tragen und die Temperatur eines Gases ist mit der mittleren Geschwindigkeit der Teilchen verknüpft. Ein weiteres alltägliches Beispiel ist eine Fensterscheibe, die als
halbdurchlässiger Spiegel wirkt. Schaut man von draußen in den Raum, kann man in das Innere des Raums schauen, gleichzeitig wirft uns die Scheibe unser eigenes Spiegelbild zurück. Das bedeutet, ein Teil des Lichts,
das wir emittieren, wird vom Glas durchgelassen, der Rest wird reflektiert. Das bedeutet, die Lichtteilchen werden nicht geteilt, sondern als Ganzes entweder durchgelassen oder reflektiert. Dieses Beispiel zeigt die
Teilchennatur des Lichts. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen vom Glas (Strahlteiler) durchgelassen wird, ist genauso groß wie die Wahrscheinlichkeit, dass es reflektiert wird. Beide
Wahrscheinlichkeiten sind gleich 50%, weil die Summe der Wahrscheinlichkeiten 100 % sein muss. Dieses Experiment kann erweitert werden durch mehrere hintereinander liegende Spiegel, die jeweils das Licht ablenken oder durchlassen, ohne dass es zu einer Interferenz führt. Das Ergebnis ist ein Bruchteil der Wahrscheinlichkeit von 100%, wie 50% und 25 % etc.
Sind die Siegel so angeordnet, dass es zu einer Interferenz kommt, verteilen sich die Teilchen nicht nach der logischen Verteilung, sondern sie treffen entweder an den aufgestellten Schirmen auf oder überhaupt nicht. Es kommt zur sogenannten Einteilchen-Interferenz oder zum Phänomen, dass ein Teilchen mit sich selber interferiert.
Symmetrisches Mach-Zehnder Interferometer Wenn das Experiment durch den Einbau von Detektoren zwischen den Spiegeln modifiziert wird, kann die Anzahl der auftreffenden Teilchen
gemessen werden. Die Folge ist aber, dass jetzt keine Interferenz auftritt und die Zahl der Teilchen sich wieder logisch nach Bruchteilen wie 50% und 25% verteilt. Ein Teilchen kann nur entweder reflektiert oder durch
den Spiegel hindurchgelassen werden. Die Messtechnik oder die Sichtweise des Betrachters bestimmt somit das Ergebnis der Messung.
Jedes Teilchen kann nur nach der Art der Messung, die man an ihm durchführt, entweder nur ihre Wellen- oder Teilcheneigenschaft in Erscheinung treten lassen, nie aber beide gleichzeitig. Das Ergebnis ist
gänzlich unterschiedlich, die Realität, die Wirklichkeit wird mitbestimmt durch den Betrachter und durch die Messtechnik.
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