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Quantenmechanik 3: Materiewellen / De-Broglie-Wellen
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 46 Zeilen
- Bilder von Elektronenmikroskopen faszinieren durch ihren unglaublichen Detailreichtum z.B diese Pollen hier oder diese Eiskristalle aber warum kann
- man mit Elektronen die ja salop gesagt kleine harte Kügelchen sind überhaupt Bilder machen das liegt daran dass man jedem Teilchen und auch im Prinzip jedem
- makroskopischen Objekt wie diesem Tennisball hier eine Wellenlänge zuordnen kann um diese faszinierenden Materiewellen geht es in diesem Video
- [Musik] mit seinem doppelspaltexeriment fand Thomas Young 1801 einen Beleg für die
- Wellennatur des Lichts mit der Erklärung des fotoeffekts fand Albert Einstein 1905 einen Beleg für die teilchennatur des Lichts das habe ich in den letzten
- beiden Videos genau erklärt die Tatsache das Licht ein kuriosen welleteilchendualismus aufweist war ein unglaublicher Schock weil es das
- nach damaliger Ansicht nicht geben konnte nachdem man aber in den darauffolgenden Jahren noch andere experimentelle Belege für die
- teilchennatur des Lichts fand und die Wellennatur sowieso schon als gesichert galt musste man zehnenirchend den Dualismus in Kauf nehmen und dieser
- Dualismus ist es der uns schnurstraxs in die Quantenmechanik hineinführt im Jahr 1924 legte der französische Physiker Louis Bru noch
- einen oben drauf in seiner Dissertation stellte er die gewagte Frage warum soll der Dualismus nur für Photonen gelten und nicht auch für andere Teilchen warum
- sollten nicht z.B auch Elektronen Welleneigenschaften aufweisen de Bry kombinierte mehrere etablierte Gleichungen und konnte somit
- den Zusammenhang Lambda ist H durch M mal V herstellen Lambda ist die Wellenlänge die man einem Teilchen zuordnen kann h das blankche
- Wirkungsquantum m Masse des Teilchens und V seine Geschwindigkeit man könnte m mal V noch zum Impuls P zusammenziehen aber ich finde es transparenter wenn man
- m mal V getrennt stehen lässt was bedeutet diese Gleichung sie bedeutet dass man nicht nur Photonen eine Wellenlänge zuordnen kann sondern
- jeden beliebigen bewegten Masseteilchen z.B einem Elektron oder einem Molekül und hypothetisch auch diesem Tennisball oder einem Menschen das ist hier in der
- Tabelle zu sehen die wellenlängern der Photonen sind hier mit T durch F berechnet und die der Masseteilchen mit der depr
- Gleichung de BR Hypothese war schon sehr gewagt er erhob gewissermaßen den Dualismus zu einem allgemeinen Prinzip alles ist Welle und Teilchen zugleich
- man wusste nicht was man davon halten sollte Albert Einstein war der erste der öffentlich diese Idee unterstützte in einem Brief über debu schrieb er er hat
- den Zipfel eines großen Schleiers gelüftet und tatsächlich fand man bereits 3 Jahre später also 1927 experimentell den Beleg für die
- teilchennatur der Elektronen dieses originalexperiment von 1927 ist leider nicht sehr transparent deswegen erkläre ich ein wesentlich
- anschaulicheres Experiment von 1957 und zwar das schon wohlbekannte Doppelspaltexperiment wenn man Elektronen durch einen Doppelspalt
- schießt dann entstehen dahinter nicht zwei aufbreitstreifen wie man das von Kügelchen erwarten würde es entstehen viele Streifen und dieses Streifenmuster
- kann man wie beim Licht nur über Interferenz und somit mit den Welleneigenschaften der Elektronen erklären und somit war klar und belegt
- auch Elektronen sind Welle und Teilchen zugleich im Jahr 1999 gelang es ein Forschergruppe aus Wien riesenmoleküle bestehend aus 60 Kohlenstoffatomen zur
- Interferenz zu bringen man nennt diese quantenbrocken aufgrund ihres Aussehens auch fußballmoleküle bei diesem Versuch verwendete man ein
- Gitter das ist im Prinzip ein mehrfachspalt aber das Ergebnis ist analog zum Doppelspalt zu sehen es entsteht dahinter das typische
- Streifenmuster das sehr schön die Wellennatur dieser fußballmoleküle zeigt die Masse der fußballmoleküle ist mehr als eine Million mal größer als die von
- Elektronen und trotzdem haben diese Riesen Dinger Welleneigenschaften und können miteinander interferieren das ist unglaublich die deprugleichung erlaubt
- im Prinzip jeden bewegten ob Objekt eine Wellenlänge zuzuordnen also wie ich schon erwähnt habe auch diesem dennisball oder einem Menschen aber mit
- zunehmender Masse wird die Wellenlänge immer kleiner und kleiner und die Interferenzstreifen würden sich deswegen immer mehr zusammenschieben je größer
- ein Objekt also wird desto schwieriger wird es die Welleneigenschaften im Experiment nachzuweisen wo liegt die Grenze für den
- Nachweis von Interferenzerscheinungen bei großen Objekten das liegt letztlich am Einfallsreichtum der physikerinnen und Physiker weil es keine fixen Grenzen
- gibt jetzt mit Stand Ende 2023 liegt der Rekord bei der Interferenz von Molekülen mit 2000 Atomen makroskopische Objekte wie Tennisbälle oder Menschen wird man
- ziemlich sicher niemals zur Interferenz bringen können weil ihre Wellenlänge so wahnsinnig kurz ist und ungefähr im Bereich von 10-35 m liegt das ist die
- sogenannte planklänge und gilt in der Physik als kürzeste sinnvolle längereneinheit ich möchte zum Schluss noch mal auf das Elektronenmikroskop
- zurückkommen hier in diesem Bild sieht man den Vergleich zwischen einem Transmissionselektronenmikroskop und einem Lichtmikroskop man sieht dass sie
- ganz ähnlich aufgebaut sind warum kann man mit dem Elektronenmikroskop so viel mehr Details erkennen weil die Wellenlänge der Elektronen viel kürzer
- ist als die der Photonen was bringt aber die kürzere Wellenlänge in der Mikroskopie spielt t der Begriff Auflösung eine zentrale
- Rolle darunter versteht man den minimalen Abstand den zwei Objekte haben können damit man sie trotzdem noch als getrennt wahrnimmt je kürzer die
- Wellenlänge ist mit der ich diese Objekte quasi bestrahle desto besser wird das Auflösungsvermögen das kann man mit einer wellensimulation sehr gut
- zeigen hier sieht man zwei mikroskopische Objekte wenn die Länge der verwendeten Welle größer ist als der Abstand der beiden Objekte dann entsteht
- dahinter ein Zi schwach ausgeprägtes Beugungsmuster man würde diese beiden Objekte in einem Mikroskop daher ziemlich unscharf sehen und vor allem
- nicht voneinander getrennt je kürzer die Wellenlänge wird desto detaillierter wird das Beugungsbild hinter den beiden Objekten und desto schärfer sind sie zu
- sehen bis man sie schließlich als getrennt wahrnehmen kann weil die Elektronen im Elektronenmikroskop eine so viel kürzere Wellenlänge haben als
- die Photonen im Lichtmikroskop kann man mit dem Elektronenmikroskop viel detailliertere Strukturen auflösen
- Elektronenmikroskope liefern übrigens immer nur schwarz-weiß Bilder aber oft koloriert man diese damit sie noch beeindruckender wirken
Zum Nachlesen
Welle-Teilchen-DualismusDie Strahlen, die durch den Doppelspalt gelangen, treffen auf den Schirm und werden dort in geeigneter Weise registriert. Klassische Wellen. Bearbeiten.
DoppelspaltexperimentBeim Doppelspaltexperiment treten kohärente Wellen, zum Beispiel Licht- oder Materiewellen, durch zwei schmale, parallele Spalte und werden auf einem …
MateriewelleDer Begriff Materiewelle beschreibt das zum Teil wellenartige Verhalten der einzelnen Teilchen, welche die Materie bilden. Der Begriff wird üblicherweise …
Davisson-Germer-ExperimentDamit wurde die von Louis de Broglie 1924 formulierte Hypothese der Materiewellen bestätigt. 1937 wurde Davisson für dieses Experiment mit dem Nobelpreis für …