WEBVTT

00:00:06.585 --> 00:00:10.081
Es ist in der Physik
eine der erstaunlichsten Tatsachen:

00:00:10.081 --> 00:00:13.758
Alles im Universum vom Licht
über Elektronen bis zu Atomen

00:00:13.758 --> 00:00:18.223
verhält sich gleichzeitig
wie ein Teilchen und wie eine Welle.

00:00:18.223 --> 00:00:19.763
Das ganze andere komische Zeug,


00:00:19.763 --> 00:00:22.085
das du vielleicht
über Quantenphysik gehört hast,

00:00:22.085 --> 00:00:26.549
Schrödingers Katze, Gott würfelt nicht
und spukhafte Fernwirkung

00:00:26.549 --> 00:00:28.747
folgt direkt aus der Tatsache,

00:00:28.747 --> 00:00:33.101
dass alles eine Teilchen-
und Wellennatur hat.

00:00:33.101 --> 00:00:34.712
Das klingt vielleicht verrückt.

00:00:34.712 --> 00:00:38.023
Wenn man sich umsieht, erkennt man
Wellen im Wasser und Felsenteilchen

00:00:38.023 --> 00:00:39.638
und sie sind nicht vergleichbar.

00:00:39.638 --> 00:00:41.876
Wie kommt man dann darauf
sie zu kombinieren?

00:00:41.876 --> 00:00:46.355
Physiker haben nicht ohne Grund
diese Dinge miteinander vermischt.

00:00:46.355 --> 00:00:49.439
Vielmehr wurden sie
zur dualen Natur des Universums

00:00:49.439 --> 00:00:51.887
durch einen Prozess
der kleinen Schritte geführt,

00:00:51.887 --> 00:00:56.131
der viele Beweisstücke
wie bei einem Puzzle zusammenfügte.

00:00:56.131 --> 00:00:57.372
Die erste Person,


00:00:57.372 --> 00:01:00.372
die eine duale Natur des Lichts
ernsthaft vorschlug,

00:01:00.372 --> 00:01:03.008
war Albert Einstein im Jahr 1905,

00:01:03.008 --> 00:01:06.651
aber er griff eine frühere Idee
von Max Planck auf.

00:01:06.651 --> 00:01:08.664
Planck erklärte die Farben des Lichts,

00:01:08.664 --> 00:01:11.813
die heiße Objekte, wie der Glühfaden
in der Glühbirne aussendet.

00:01:11.813 --> 00:01:14.234
Aber dazu benötigte er
einen extremen Trick:

00:01:14.234 --> 00:01:17.204
Er meinte, die Objekte würden
aus Oszillatoren bestehen,

00:01:17.204 --> 00:01:20.087
die Licht nur in separaten Blöcken
aussenden könnten,

00:01:20.087 --> 00:01:23.470
also in Energieeinheiten,
die von der Lichtfrequenz abhingen.

00:01:23.470 --> 00:01:25.514
Planck war damit nie wirklich glücklich,


00:01:25.514 --> 00:01:28.334
aber Einstein griff es auf
und arbeitete damit.

00:01:28.334 --> 00:01:30.903
Er wendete Plancks Idee
auf das Licht selbst an,

00:01:30.903 --> 00:01:34.069
indem er meinte, das Licht,
jedem als Welle geläufig,

00:01:34.069 --> 00:01:36.179
sei tatsächlich ein Photonenstrom,

00:01:36.179 --> 00:01:38.569
mit einer jeweils eigenen Energiemenge.

00:01:38.569 --> 00:01:41.937
Einstein nannte es selbst
das einzig wahre Revolutionäre,

00:01:41.937 --> 00:01:43.997
das er getan hätte,

00:01:43.997 --> 00:01:45.882
aber es erklärt, wie Licht,


00:01:45.882 --> 00:01:49.122
das auf metallische Oberflächen scheint,
Elektronen herausschlägt.

00:01:49.122 --> 00:01:51.196
Sogar Leute, die diese Idee ablehnten,


00:01:51.196 --> 00:01:53.526
mussten zugeben,
dass sie brillant funktioniert.

00:01:53.526 --> 00:01:57.158
Das nächste Puzzle-Teil
kam von Ernest Rutherford aus England.

00:01:57.158 --> 00:02:01.990
Ernest Marsden und Hans Geiger,
die für Rutherford arbeiteten,

00:02:01.990 --> 00:02:04.925
schossen im Jahr 1909
Alpha-Teilchen auf Goldatome

00:02:04.925 --> 00:02:08.983
und waren erstaunt herauszufinden,
dass manche direkt zurückprallten.

00:02:08.983 --> 00:02:13.921
Das zeigte: Die meiste Masse des Atoms
findet sich in einem winzigen Atomkern.

00:02:13.921 --> 00:02:16.430
Das gezeichnete Atom aus der Grundschule

00:02:16.430 --> 00:02:19.961
mit Elektronen, die herumkreisen
wie in einem Miniatur-Sonnensystem,

00:02:19.961 --> 00:02:21.111
ist von Rutherford.

00:02:21.111 --> 00:02:23.871
Es gibt nur ein kleines Problem
mit Rutherfords Atommodell:

00:02:23.871 --> 00:02:25.007
Es funktioniert nicht.

00:02:25.007 --> 00:02:27.593
Die klassische Physik sagt uns,
dass ein Elektron,

00:02:27.593 --> 00:02:29.803
das im Kreis herumschnellt,
Licht aussendet

00:02:29.803 --> 00:02:33.182
und verwendet das, um Radiowellen
oder Röntgenstrahlen zu erzeugen.

00:02:33.182 --> 00:02:34.952
Rutherfords Atome sollten kurzzeitig

00:02:34.952 --> 00:02:37.199
Röntgenstrahlen
in alle Richtungen versprühen,

00:02:37.199 --> 00:02:40.796
bevor das Elektron einer Spirale folgend
in den Atomkern kracht.

00:02:40.796 --> 00:02:44.376
Niels Bohr, ein dänischer
theoretischer Physiker,

00:02:44.376 --> 00:02:45.866
der mit Rutherford arbeitete,

00:02:45.866 --> 00:02:48.451
wies darauf hin, dass Atome
offensichtlich existieren,

00:02:48.451 --> 00:02:51.430
also vielleicht die Gesetze der Physik
geändert werden müssten.

00:02:51.430 --> 00:02:54.818
Bohr schlug vor, dass ein Elektron
auf gewissen speziellen Umlaufbahnen

00:02:54.818 --> 00:02:57.324
überhaupt kein Licht aussendet.

00:02:57.324 --> 00:02:59.486
Atome verschlucken
und senden Licht nur aus,

00:02:59.486 --> 00:03:01.666
wenn Elektronen die Umlaufbahn wechseln,

00:03:01.666 --> 00:03:04.582
und die Lichtfrequenz hängt
vom Energieunterschied ab,

00:03:04.582 --> 00:03:08.392
wie es Planck und Einstein einbrachten.

00:03:08.392 --> 00:03:10.914
Bohrs Atom löst Rutherfords Problem

00:03:10.914 --> 00:03:15.107
und erklärt, warum Atome
nur sehr bestimmte Lichtfarben aussenden.

00:03:15.107 --> 00:03:17.744
Jedes Element hat seine eigenen
speziellen Umlaufbahnen

00:03:17.744 --> 00:03:20.441
und somit seine eigene
einzigartige Reihe an Frequenzen.

00:03:20.441 --> 00:03:22.829
Das Bohr-Modell hat nur
ein winziges Problem:

00:03:22.829 --> 00:03:25.741
Es gibt keinen Grund
für spezielle Umlaufbahnen.

00:03:25.741 --> 00:03:28.631
Aber Louis de Broglie,
ein französischer Doktorand,

00:03:28.631 --> 00:03:30.560
rundete alles ab.

00:03:30.560 --> 00:03:33.938
Er wies darauf hin, dass wenn Licht,
das jedem als Welle geläufig war,

00:03:33.938 --> 00:03:35.483
sich wie ein Teilchen verhält,

00:03:35.483 --> 00:03:38.695
sich vielleicht das Elektron,
das jedem als Teilchen geläufig war,

00:03:38.695 --> 00:03:40.835
wie eine Welle verhält.

00:03:40.835 --> 00:03:42.538
Wenn Elektronen Wellen sind,

00:03:42.538 --> 00:03:46.216
ist es einfach, Bohrs Regel zum Auffinden
spezieller Umlaufbahnen zu erklären.

00:03:46.216 --> 00:03:49.740
Sobald man sich vorstellt,
dass Elektronen sich wie Wellen verhalten,

00:03:49.740 --> 00:03:51.127
kann man nach ihnen suchen.

00:03:51.127 --> 00:03:53.737
Innerhalb weniger Jahre
beobachteten Wissenschaftler

00:03:53.737 --> 00:03:55.766
in den USA und im Vereinigten Königreich

00:03:55.766 --> 00:03:57.849
das wellenartige Verhalten von Elektronen.

00:03:57.849 --> 00:04:01.067
Heute hat man dafür eine wunderbar klare
Demonstrationsmöglichkeit:

00:04:01.067 --> 00:04:04.637
Einzelne Elektronen auf Hindernisse
mit Schlitzen zu schießen

00:04:04.637 --> 00:04:06.704
Jedes Elektron wird wie ein Teilchen


00:04:06.704 --> 00:04:09.899
an einem bestimmten Ort
zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasst.

00:04:09.899 --> 00:04:12.307
Wiederholt man das Experiment viele Male

00:04:12.307 --> 00:04:16.582
umreißen die einzelnen Elektronen
ein Streifenmuster,

00:04:16.582 --> 00:04:18.902
das kennzeichnend für Wellenverhalten ist.

00:04:18.902 --> 00:04:22.295
Die Vorstellung, dass Teilchen sich
wie Wellen verhalten und umgekehrt,

00:04:22.295 --> 00:04:25.738
ist eine der seltsamsten
und mächtigsten in der Physik.

00:04:25.738 --> 00:04:28.147
Der berühmte Ausspruch
von Richard Feynman lautet,

00:04:28.147 --> 00:04:31.252
dass dies das wesentliche Rätsel
der Quantenmechanik sei.

00:04:31.252 --> 00:04:33.307
Alles andere folgt daraus

00:04:33.307 --> 00:04:35.992
wie Puzzle-Teile, die sich zusammenfügen.