WEBVTT 00:00:07.005 --> 00:00:10.812 Die Heisenbergsche Unschärferelation gehört zu einer Handvoll Ideen, 00:00:10.812 --> 00:00:14.686 die sich von der Quantenphysik in die Populärkultur ausbreitet. 00:00:14.686 --> 00:00:18.112 Sie besagt, dass man niemals gleichzeitig die genaue Position 00:00:18.112 --> 00:00:21.283 und die genaue Geschwindigkeit eines Objektes wissen kann 00:00:21.283 --> 00:00:23.699 und erweist sich als Metapher für alles, 00:00:23.699 --> 00:00:26.319 von der Literaturkritik bis zu Sportkommentaren. 00:00:26.319 --> 00:00:29.429 Die Unschärfe wird häufig als Ergebnis von Messungen erklärt: 00:00:29.429 --> 00:00:31.561 Die Messung der Objektposition 00:00:31.561 --> 00:00:34.561 ändert dessen Geschwindigkeit und umgekehrt. 00:00:34.561 --> 00:00:38.378 Der tatsächliche Ursprung ist viel tiefgründiger und erstaunlicher. 00:00:38.378 --> 00:00:41.759 Die Unschärferelation existiert, weil sich alles im Universum 00:00:41.759 --> 00:00:46.318 gleichzeitig wie ein Teilchen und wie eine Welle verhält. 00:00:46.318 --> 00:00:48.888 In der Quantenmechanik haben die genaue Position 00:00:48.888 --> 00:00:51.716 und Geschwindigkeit eines Objekts keine Bedeutung. 00:00:51.716 --> 00:00:52.987 Um das zu begreifen, 00:00:52.987 --> 00:00:54.497 müssen wir darüber nachdenken, 00:00:54.497 --> 00:00:57.303 wie sich Teilchen oder Wellen verhalten. 00:00:57.303 --> 00:01:01.777 Teilchen sind per Definition an einem Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden. 00:01:01.777 --> 00:01:05.746 Ein Diagramm zeigt die Wahrscheinlichkeit, 00:01:05.746 --> 00:01:09.030 ein nadelgroßes Objekt, an einem bestimmten Ort vorzufinden, 00:01:09.030 --> 00:01:13.707 mit 100 % für eine bestimmte Position und mit 0 % für jede andere angibt. 00:01:13.707 --> 00:01:17.471 Wellen sind andererseits Störungen, die sich im Raum ausbreiten, 00:01:17.471 --> 00:01:20.388 wie das Kräuseln des Wassers auf der Oberfläche eines Teichs. 00:01:20.388 --> 00:01:23.767 Man kann eindeutig Merkmale des Wellenmusters als Ganzes erkennen, 00:01:23.767 --> 00:01:25.933 am wichtigsten, ihre Wellenlänge, 00:01:25.933 --> 00:01:28.640 der Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen 00:01:28.640 --> 00:01:30.459 oder zwei benachbarten Wellentälern. 00:01:30.459 --> 00:01:32.857 Aber man kann ihr keinen Standpunkt zuordnen. 00:01:32.857 --> 00:01:36.512 Die Chancen stehen gut, dass sie an vielen verschiedenen Orten sein wird. 00:01:36.512 --> 00:01:39.069 Die Wellenlänge ist grundlegend für die Quantenphysik, 00:01:39.069 --> 00:01:42.209 weil die Wellenlänge eines Objekts mit seinem Impuls verknüpft ist, 00:01:42.209 --> 00:01:44.024 der Masse mal Geschwindigkeit ist. 00:01:44.024 --> 00:01:46.909 Ein sich schnell bewegendes Objekt hat einen großen Impuls 00:01:46.909 --> 00:01:50.019 mit entsprechend kurzer Wellenlänge. 00:01:50.019 --> 00:01:54.399 Der Impuls eines schweren Objekts ist selbst bei langsamer Bewegung groß 00:01:54.399 --> 00:01:57.026 und bedeutet wiederum eine sehr kurze Wellenlänge. 00:01:57.026 --> 00:02:00.697 Deshalb bemerken wir die Wellennatur von Alltagsgegenständen nicht. 00:02:00.697 --> 00:02:02.754 Wirft man einen Baseball hoch in die Luft, 00:02:02.754 --> 00:02:03.929 ist seine Wellenlänge 00:02:03.929 --> 00:02:07.119 ein Milliardstel eines Billionstel eines Billionstel eines Meters 00:02:07.119 --> 00:02:09.464 und viel zu winzig, um jemals bemerkt zu werden. 00:02:09.464 --> 00:02:11.854 Kleine Dinge wie Atome oder Elektronen 00:02:11.854 --> 00:02:13.814 mit ausreichend großer Wellenlänge 00:02:13.814 --> 00:02:16.452 können durch physikalische Versuche gemessen zu werden. 00:02:16.452 --> 00:02:19.475 Wenn man eine reine Welle hat, kann man ihre Wellenlänge messen 00:02:19.475 --> 00:02:22.831 und somit ihren Impuls, aber sie hat keine Position. 00:02:22.831 --> 00:02:25.218 Man kann den Ort eines Teilchens sehr genau kennen, 00:02:25.218 --> 00:02:28.489 aber es hat keine Wellenlänge, wodurch man seinen Impuls nicht kennt. 00:02:28.489 --> 00:02:31.600 Um sowohl Ort als auch Impuls eines Teilchen zu erhalten, 00:02:31.600 --> 00:02:33.760 muss man die beiden Bilder mischen, 00:02:33.760 --> 00:02:37.163 um ein Diagramm mit Wellen, nur in einem kleinen Bereich, zu erstellen. 00:02:37.163 --> 00:02:38.690 Wie kann man das erreichen? 00:02:38.690 --> 00:02:41.744 Durch die Kombination von Wellen unterschiedlicher Wellenlänge, 00:02:41.744 --> 00:02:45.038 was bedeutet dem Quantenobjekt ein paar Möglichkeiten einzuräumen, 00:02:45.038 --> 00:02:46.798 unterschiedliche Impulse zu haben. 00:02:46.798 --> 00:02:49.212 Wenn man zwei Wellen addiert, findet man Stellen, 00:02:49.212 --> 00:02:51.925 wo sich die Wellenberge zu größeren Wellen verstärken 00:02:51.925 --> 00:02:55.701 und andere Stellen, wo die Wellenberge Wellentäler von anderen auffüllen. 00:02:55.701 --> 00:02:58.499 So entstehen Bereiche, wo man Wellen sieht, 00:02:58.499 --> 00:03:01.096 die von leeren Bereichen voneinander getrennt werden. 00:03:01.096 --> 00:03:03.090 Fügt man eine dritte Welle hinzu, 00:03:03.090 --> 00:03:06.059 werden die Bereiche, wo sich die Wellen aufheben, größer. 00:03:06.059 --> 00:03:09.891 Mit einer vierten werden sie noch größer und die welligeren Bereiche schmaler. 00:03:09.891 --> 00:03:13.089 Fügt man weitere Wellen hinzu, kann man ein Wellenpaket 00:03:13.089 --> 00:03:16.168 mit eindeutiger Wellenlänge für einen kleinen Bereich erstellen. 00:03:16.168 --> 00:03:20.224 Das ist ein Quantenobjekt mit Wellen- und Teilchennatur. 00:03:20.224 --> 00:03:23.081 Aber um das zu erreichen, muss man die Gewissheit 00:03:23.081 --> 00:03:25.435 sowohl über den Ort als auch den Impuls aufgeben. 00:03:25.435 --> 00:03:28.343 Die Position beschränkt sich nicht auf einen einzigen Punkt. 00:03:28.343 --> 00:03:29.648 Die Chancen stehen gut, 00:03:29.648 --> 00:03:32.697 sie im zentralen Bereich des Wellenpakets zu finden. 00:03:32.697 --> 00:03:35.836 Man erstellte das Wellenpaket durch Addition vieler Wellen, 00:03:35.836 --> 00:03:38.112 wodurch eine gewisse Chance besteht, 00:03:38.112 --> 00:03:41.771 sie mit dem Impuls, der mit irgendeiner davon korrespondiert, zu finden. 00:03:41.771 --> 00:03:44.790 Sowohl die Position als auch der Impuls sind jetzt unbestimmt 00:03:44.790 --> 00:03:47.286 und die Unbestimmtheiten sind miteinander verknüpft. 00:03:47.286 --> 00:03:49.649 Für die Reduzierung der Unbestimmtheit des Ortes, 00:03:49.649 --> 00:03:52.778 durch kleinere Wellenpakete, muss man mehr Wellen hinzufügen. 00:03:52.778 --> 00:03:55.625 Das bedeutet eine Zunahme der Unbestimmtheit des Impulses. 00:03:55.625 --> 00:03:59.197 Will man den Impuls genauer bestimmen, braucht man ein größeres Wellenpaket. 00:03:59.197 --> 00:04:01.832 Das bedeutet eine Zunahme der Unbestimmtheit des Ortes. 00:04:01.832 --> 00:04:04.061 Das ist die Heisenbergsche Unschärferelation, 00:04:04.061 --> 00:04:08.717 die erstmals 1927 vom deutschen Physiker Werner Heisenberg erklärt wurde. 00:04:08.717 --> 00:04:12.279 Diese Unbestimmtheit ist keine Frage von guter oder schlechter Messung, 00:04:12.279 --> 00:04:14.107 sondern ein unvermeidliches Ergebnis 00:04:14.107 --> 00:04:17.107 aus der Kombination von Teilchen- und Wellennatur. 00:04:17.107 --> 00:04:20.663 Die Unschärferelation ist nicht nur eine praktische Grenze von Messungen. 00:04:20.663 --> 00:04:24.083 Es ist eine Grenze für die Eigenschaften, die ein Objekt haben kann, 00:04:24.083 --> 00:04:28.067 und zwar eingebaut in die Grundstruktur des Universums.