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Was ist die Heisenbergsche Unschärferelation? - Chad Orzel

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    Die Heisenbergsche Unschärferelation
    gehört zu einer Handvoll Ideen,
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    die sich von der Quantenphysik
    in die Populärkultur ausbreitet.
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    Sie besagt, dass man niemals
    gleichzeitig die genaue Position
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    und die genaue Geschwindigkeit
    eines Objektes wissen kann
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    und erweist sich als Metapher für alles,
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    von der Literaturkritik
    bis zu Sportkommentaren.
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    Die Unschärfe wird häufig
    als Ergebnis von Messungen erklärt:
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    Die Messung der Objektposition
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    ändert dessen Geschwindigkeit
    und umgekehrt.
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    Der tatsächliche Ursprung
    ist viel tiefgründiger und erstaunlicher.
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    Die Unschärferelation existiert,
    weil sich alles im Universum
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    gleichzeitig wie ein Teilchen
    und wie eine Welle verhält.
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    In der Quantenmechanik
    haben die genaue Position
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    und Geschwindigkeit eines Objekts
    keine Bedeutung.
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    Um das zu begreifen,
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    müssen wir darüber nachdenken,
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    wie sich Teilchen oder Wellen verhalten.
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    Teilchen sind per Definition an einem Ort
    zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden.
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    Ein Diagramm zeigt
    die Wahrscheinlichkeit,
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    ein nadelgroßes Objekt,
    an einem bestimmten Ort vorzufinden,
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    mit 100 % für eine bestimmte Position
    und mit 0 % für jede andere angibt.
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    Wellen sind andererseits Störungen,
    die sich im Raum ausbreiten,
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    wie das Kräuseln des Wassers
    auf der Oberfläche eines Teichs.
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    Man kann eindeutig Merkmale
    des Wellenmusters als Ganzes erkennen,
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    am wichtigsten, ihre Wellenlänge,
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    der Abstand zwischen zwei
    benachbarten Wellenbergen
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    oder zwei benachbarten Wellentälern.
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    Aber man kann ihr
    keinen Standpunkt zuordnen.
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    Die Chancen stehen gut, dass sie
    an vielen verschiedenen Orten sein wird.
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    Die Wellenlänge ist grundlegend
    für die Quantenphysik,
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    weil die Wellenlänge eines Objekts
    mit seinem Impuls verknüpft ist,
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    der Masse mal Geschwindigkeit ist.
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    Ein sich schnell bewegendes Objekt
    hat einen großen Impuls
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    mit entsprechend kurzer Wellenlänge.
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    Der Impuls eines schweren Objekts
    ist selbst bei langsamer Bewegung groß
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    und bedeutet wiederum
    eine sehr kurze Wellenlänge.
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    Deshalb bemerken wir die Wellennatur
    von Alltagsgegenständen nicht.
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    Wirft man einen Baseball hoch in die Luft,
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    ist seine Wellenlänge
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    ein Milliardstel eines Billionstel
    eines Billionstel eines Meters
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    und viel zu winzig,
    um jemals bemerkt zu werden.
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    Kleine Dinge wie Atome oder Elektronen
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    mit ausreichend großer Wellenlänge
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    können durch physikalische Versuche
    gemessen zu werden.
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    Wenn man eine reine Welle hat,
    kann man ihre Wellenlänge messen
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    und somit ihren Impuls,
    aber sie hat keine Position.
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    Man kann den Ort eines Teilchens
    sehr genau kennen,
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    aber es hat keine Wellenlänge,
    wodurch man seinen Impuls nicht kennt.
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    Um sowohl Ort als auch Impuls
    eines Teilchen zu erhalten,
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    muss man die beiden Bilder mischen,
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    um ein Diagramm mit Wellen, nur
    in einem kleinen Bereich, zu erstellen.
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    Wie kann man das erreichen?
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    Durch die Kombination von Wellen
    unterschiedlicher Wellenlänge,
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    was bedeutet dem Quantenobjekt
    ein paar Möglichkeiten einzuräumen,
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    unterschiedliche Impulse zu haben.
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    Wenn man zwei Wellen addiert,
    findet man Stellen,
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    wo sich die Wellenberge
    zu größeren Wellen verstärken
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    und andere Stellen, wo die Wellenberge
    Wellentäler von anderen auffüllen.
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    So entstehen Bereiche,
    wo man Wellen sieht,
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    die von leeren Bereichen
    voneinander getrennt werden.
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    Fügt man eine dritte Welle hinzu,
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    werden die Bereiche, wo sich
    die Wellen aufheben, größer.
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    Mit einer vierten werden sie noch größer
    und die welligeren Bereiche schmaler.
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    Fügt man weitere Wellen hinzu,
    kann man ein Wellenpaket
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    mit eindeutiger Wellenlänge
    für einen kleinen Bereich erstellen.
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    Das ist ein Quantenobjekt
    mit Wellen- und Teilchennatur.
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    Aber um das zu erreichen,
    muss man die Gewissheit
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    sowohl über den Ort
    als auch den Impuls aufgeben.
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    Die Position beschränkt sich nicht
    auf einen einzigen Punkt.
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    Die Chancen stehen gut,
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    sie im zentralen Bereich
    des Wellenpakets zu finden.
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    Man erstellte das Wellenpaket
    durch Addition vieler Wellen,
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    wodurch eine gewisse Chance besteht,
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    sie mit dem Impuls, der mit irgendeiner
    davon korrespondiert, zu finden.
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    Sowohl die Position als auch der Impuls
    sind jetzt unbestimmt
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    und die Unbestimmtheiten
    sind miteinander verknüpft.
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    Für die Reduzierung
    der Unbestimmtheit des Ortes,
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    durch kleinere Wellenpakete,
    muss man mehr Wellen hinzufügen.
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    Das bedeutet eine Zunahme
    der Unbestimmtheit des Impulses.
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    Will man den Impuls genauer bestimmen,
    braucht man ein größeres Wellenpaket.
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    Das bedeutet eine Zunahme
    der Unbestimmtheit des Ortes.
  • 4:02 - 4:04
    Das ist die Heisenbergsche
    Unschärferelation,
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    die erstmals 1927 vom deutschen Physiker
    Werner Heisenberg erklärt wurde.
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    Diese Unbestimmtheit ist keine Frage
    von guter oder schlechter Messung,
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    sondern ein unvermeidliches Ergebnis
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    aus der Kombination
    von Teilchen- und Wellennatur.
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    Die Unschärferelation ist nicht nur
    eine praktische Grenze von Messungen.
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    Es ist eine Grenze für die Eigenschaften,
    die ein Objekt haben kann,
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    und zwar eingebaut
    in die Grundstruktur des Universums.
Title:
Was ist die Heisenbergsche Unschärferelation? - Chad Orzel
Speaker:
Chad Orzel
Description:

Die ganze Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-heisenberg-uncertainty-principle-chad-orzel

Die Heisenbergsche Unschärferelation besagt, dass man niemals gleichzeitig die genaue Position und die genaue Geschwindigkeit eines Objektes kennen kann. Warum nicht? Weil sich alles im Universum gleichzeitig wie ein Teilchen und wie eine Welle verhält. Chad Orzel steuert durch dieses komplizierte Konzept der Quantenphysik.

Lektion von Chad Orzel, Animation von Henrik Malmgren.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:44

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