Also erstmal vorweg: Einige Fragen werde ich nun nur noch sehr unbefriedigend beantworten können. Das liegt auch daran, dass man sowas in Etappen lernt: Wir lernen jetzt die Grundzüge der Atom- und Kernphysik, dabei muss man einfach schon quantenphysikalische Effekte besprechen und erklären obwohl die Quantenmechanik als Vorlesungsthema erst noch kommt. Das bedeutet konkret: Einige Postulate und Formeln fallen einfach vom Himmel und man kriegt zunächst nur unzureichende Erklärungen.
Also denn:
Dieses "nichts" was ich so beschrieben habe entspringt bei meiner Argumentation erstmal aus einer sehr pragmatischen und leicht verständlichen Tatsache. Bei der Messung von irgendetwas, ob Länge, Lichtintensität, "Energie", usw beeinflusse ich zwangsweise mein Messobjekt. Messe ich die Stromstärke in einem Stromkreis so muss ich ein Messgerät zwischenschalten. Dieses beeinflusst und verändert unweigerlich den zu messenden Strom. Baut man das Gerät jedoch möglichst optimal so ist der Messfehler möglicherweise irgendwann so gering, dass er in der Praxis nicht mehr relevant ist. Ein Quecksilber-Thermometer entzieht der Luft Wärmeenergie die anschließend als Wärmeenergie im Quecksilber gespeichert wird, wodurch sich dieses ausdehnt. Aber ich habe der Luft des Raumes Energie entzogen und damit die Temperatur gesenkt. Das diese Temperaturdifferenz unmessbar klein ist dürfte klar sein
Geht man nun aber auf atomare oder sogar subatomare Ebene wirds schwierig mit Messungen. Das kleinste Objekt womit wir Messungen ausführen können sind nunmal Atome oder Photonen/elektromagnetische Strahlung (z.B. Licht). Das hier jede Messung die zu messenden Objekte, die ja gleich groß sind wie die "Messinstrumente", extrem stark beeinflusst dürfte nun einleuchten. Daraus ergibt sich die mehr oder weniger berühmte Heisenberg'sche Unschärferelation in ihrer bekanntesten Form: dx*dp>=hquer/2 (sprich: Delta x * Delta p größergleich h-quer halbe, h-quer ist eigentlich ein h mit einem Strich durch den "Schornstein" vom h, eine messbare Naturkonstante). X steht für eine Längeneinheit, P ist der Impuls=Masse*Geschwindigkeit. Das Delta davor bedeutet "Änderung von x bzw p". Also zum Beispiel: Ein Objekt bewegt sich mit Geschwindigkeit v, beginnt im Startpunkt x. Nach der Zeit dt hat es sich um das Wegstück dx weiterbewegt. Ich schreibe hier einfach ein "d" für Delta, eigentlich müste da ein großes Delta stehen (sieht aus wie ein Dreieck).
Zurück zur Heisenbergschen Unschärferelation: Was bedeutet sie konkret?
Ich kann keine exakte Messung von dx und dp gleichzeitig machen! Wenn ich dx sehr genau messe, also den Ort des Teilchens möglichst genau bestimme, dann MUSS die Ungenauigkeit des Impulses dp immer größer werden. Denn das Produkt von dx und dp muss mindestens hquer/2 sein! Das lässt sich auch anschaulich erklären: Wenn ich ein fahrendes Auto fotografiere. Wähle ich eine sehr kurze Belichtungszeit (z.B. 1/8000 Sekunde) dann kann ich die Position des Autos exakt feststellen, die UNGENAUIGKEIT seines Ortes dx ist gleich 0. Seine Ungenauigkeit im Impuls dp ist dann unendlich - sowohl mathematisch betrachtet (Aufgrund des Produktes) als auch pragmatisch: Kann ich auf dem Foto irgendwie erkennen wie schnell das Auto war? Es könnte genausogut mit abgeschaltetem Motor und angezogener Handbremse parken.
Umgekehrter Fall, lange Belichtungszeit: Klar, der Wagen ist verschmiert auf dem Foto, aus der Länge der "Schmierspur" und der Belichtungszeit kann ich errechnen wie schnell der Wagen gewesen sein muss aber seine exakte Position? Pustekuchen.
Exakt betrachtet hinkt die Analogie ein klein wenig, das liegt einfach an der Realität der Tatsachen aber das Prinzip ist hoffentlich klar geworden.
So nun zurück zu den tunnelnden Atomkernen
Über jede Mengen weiterer Formeln lässt sich die Unschärferelation umformen und man kriegt eine der Form dt*dE, sprich Delta t (t wie time, Zeit) mal Delta E (E=Energie). Dämmerts schon?
Wenn ich also den Betrachtungszeitraum sehr kurz wähle steht dem zu betrachtenden Objekt quasi unendlich viel Energie zur Verfügung. Wähle ich t aber für den gesamten Annäherungsprozess (die Teilchen bewegen sich aufeinander zu, werden immer stärker abgebremst bis zum Zeitpunkt: Tunneln oder abstoßen?) so relativiert sich die Ungenauigkeit für die Energie wieder auf ein "normales" Niveau.
In den Höhen der Quantenmechanik wird die Physik selbst etwas metaphysisch, sozusagen. Die Grenzen von Empirismus und Theorie verschwimmen ein wenig. Nicht zuletzt, weil ein so scharf abgegrenzter Empirismus wie in der klassischen Physik gar nicht mehr möglich ist.
Die Frage woher das Teilchen diese unendliche Energie überhaupt hernimmt ist zwar naheliegend aber sehr schwer zu beantworten. Da kann ich selber nur noch theoretisieren, da weiß ich nicht so viel drüber. Es gibt Theorien zu sogenannter "Vakuumenergie", ich weiß nicht ob das hier relevant ist. Andererseits gibt es die berühmte Formel E=mc², sprich, Masse und Energie sind dasselbe. Wenn man nach Einstein Masse in Energie umrechnet kommt man auf *gigantische*, ich betone, *gigantische* Energien. Ein Beispiel: Bei der Kernspaltung wird irgendwas um die 0,1% (oder noch weniger) der Masse des Spaltmaterials (Uran, Plutonium) in Energie umgewandelt. Wieviel Energie das in natura dann so ist, kennt man ja von den schönen Pilzbildern... Das wäre vielleicht ein Erklärungsansatz für die Tunnelung von kleinen Teilchen. Immerhin sind sie massebehaftet die sie theoretisch in Energie umwandeln könnten...
Auf Photonen will ich mich gar nicht einlassen: Die haben zwar keine Masse aber bei denen läuft noch einiges andres schief. Für sie vergeht beispielsweise auch keine Zeit und der ganze Raum krümmt sich für sie auf einen mathematischen, also dimensionslosen Punkt in dem sie sich selbst befinden. Lauter so ein Humbug
Nennt sich SRT/ART (spezielle/allgemeine Relativitätstheorie) und ist einer der besten Mindfucker in the neighbourhood. Besuche dazu eine separate, freiwillige und höchst interessante Vorlesung (nur SRT).
So nun zur zweiten Frage
:mrgreen::mrgreen:
Überlichtgeschwindigkeit: Ehm, keine Ahnung
muss ich mal nachlesen wie das jetzt genau ist.
Quantensprung=Tunnelung? Nein ist was ganz anderes. Wikipedia sagt: "Quantensprung wurde in der orthodoxen Quantenphysik für den hypothetischen sprunghaften Übergang eines Systems aus einem Quantenzustand in einen anderen verwendet, wobei es keine Zwischenzustände gibt. Das Wort entstand in den Jahren der frühen Quantenphysik" Das bezeichnet also nur den Wechsel zwischen Energieniveaus von Teilchen. Also hat es nicht ganz direkt was mit Bewegung zu tun so wie es die Tunnelung meint.
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