Würzburger Quantenphysik- Konzept

G41 Un-be-stimmt / Ungewiss

HUR Komplementarität

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In der Quantenphysik hat kein Objekt alle klassisch denkbaren Eigenschaften gleichzeitig. Wenn eine Eigenschaft durch eine Messung be-stimmt geworden ist, ist eine dazu komplementäre Eigenschaft un-be-stimmt.

Wenn man von einem Teilchen den Ort mit einem Detektor misst, dann wird dieser be-stimmt, d.h. als Folge der Messung ergibt sich einer der möglichen be-stimmten ("scharfen") Messwerte für den Ort. Der zum Ort komplementäre Impuls ist dann völlig un-be-stimmt, d.h. das Teilchen besitzt die Eigenschaft Impuls in dieser Situation nicht.

Es ist dagegen auch möglich einen Zustand zu präparieren, in dem die Ortskoordinate (ohne eine Messung) nur ungefähr be-stimmt ist. Würde man immer wieder an Teilchen in einem solchen Zustand Ortsmessungen vornehmen, dann würden die Orte in einem bestimmten Bereich, der Orts-un-be-stimmtheit (manchmal sagt man auch - weniger genau - der Ortsunschärfe) streuen, je nach der Wahrscheinlichkeitsverteilung für den zugrundeliegenden Zustand .

Wiederholte Impulsmessungen an vielen in einem solchen Zustand in gleicher Weise präparierten Teilchen würden zeigen, dass die Impulskoordinate jetzt ungefähr be-stimmt ist, je nach der Wahrscheinlichkeitsverteilung für den zugrundeliegenden Zustand. Die Messungen würden streuende Messwerte für den Impuls um einen Mittelwert herum liefern, die aber nur in einem bestimmten Bereich, der Impuls-un-be-stimmtheit (Impulsunschärfe) streuen. Ortsunschärfe und Impulsunschärfe sind durch die Heisenbergsche Un-be-stimmtheitsrelation verknüpft.

Betrachtet man dagegen die Atome eines klassischen Gases einer bestimmten Temperatur, dann kann man eine mittlere kinetische Energie für die Atome des Gases feststellen, die nach der kinetischen Gastheorie durch die Temperatur festgelegt ist. Welche kinetische Energie aber ein bestimmtes Atom hat, ist "ungewiss": Wiederholte Messungen würden auch hier streuende Messwerte liefern, aber jedes Atom hat im Prinzip eine bestimmte kinetische Energie. Wegen der großen Zahl der Atome in einem Gas ist es uns nur praktisch nicht möglich, zu irgendeinem Zeitpunkt die Anfangsbedingungen aller Teilchenbewegungen zu messen und daraus für ein bestimmte Atom zu einer bestimmten Zeit die kinetische Energie vorherzusagen. Deswegen spricht man hier nicht von Un-be-stimmtheit, sondern von "Ungewissheit", weil im Prinzip das Atom die Eigenschaft kinetische Energie hat; wir kennen sie nur nicht.

Bei Un-be-stimmtheit können wir eine Eigenschaft nicht (exakt) kennen, weil das Mikroobjekt die Eigenschaft jetzt nicht besitzt.