Wie klein muss ein Objekt sein um quantenmeschanische Eigenschaften zu haben?
Elektronen oder ähnlich große quantenobjekte haben ja Eigenschaften wie den WellenTeilchendualismus oder Superposition. Große Objekte (wie Menschen) offensichtlicherweise nicht. Aber wo ist da dir Grenze. Also haben riesige Moleküle keine quanteneigenschaften mehr? Oder haben kleinst Lebewesen quanteneigenschaften?
6 Antworten
Bis jetzt konnte keine Grenze festgestellt werden, ab der die Quantenphysik nicht mehr gelten würde. Dieter Zeh hat aber mit der sogenannten Dekohärenz Theorie erklärt, weshalb die Quateneffekte bei einigermassen grossen Objekten sehr rasch so schwierig nachzuweisen sind, dass wir sie nicht mehr beobachten können.
Es ist aber nicht so, dass die Physik dabei fliessend in die klassische Physik übergehen würde. Im Gegenteil: Wenn man grössere Objekte quantenmechanisch beschreiben würde, wäre diese Beschreibung noch viel verrückter, als bei kleinen Objekten. (Siehe dazu Roger Penrose, 'Computerdenken'.)
Quantenphänomene mit grossen Objekten, bzw. mit vielen Teilchen haben wir z. B. bei der Supraleitung und bei sehr kaltem Helium, das dann superfluid wird. Die massereichsten Teilchen, bei denen eine Superposition nachgewiesen wurde, waren meines Wissens sogenannte Fullerene mit etwa 120 Kohlestoff-Atomen. Fullerene bestehen aus Kohlenstoff-Atomen, die etwa wie ein Fussball zu einer Hohlkugel zusammen gehängt sind. Dazu braucht es natürlich noch einige Wasserstoff-Atome, welche die freien Plätze füllen.
Das hängt (auch) von der Temperatur ab. Bei ca. 2,2 K wird Helium zum supraflüssigen Helium II, bei 2,6 mK sogar das Isotop ³He mit ungeradem Spin.
Im Bereich von µK haben auch das Fulleren C₆₀ und Metallatomverbände - sog. Bose-Einstein-Kondensate - Quanteneigenschaften oder Wellencharaker.
Aber selbst das kleinste Virus, von Bakterien ganz zu schweigen, ist um etliche Größenordnungen komplexer. Die so weit wie mötig abzukühlen gehört auch nicht unbedingt zu dem, wo ich danke "Dass ich das noch erleben darf ...".
Da gab es deutliche Fortschritte, Richtung größere Moleküle und höhere Temperaturen
https://www.uni-due.de/~hp0198/pubs/physikj1.pdf
Meine Vermutung: Es gibt keine Obergrenze, es ist nur eine Frage der experimentellen Technik.
Ein paar Gedanken dazu:
https://www.univie.ac.at/qfp/publications3/pdffiles/2006-08.pdf
Hallo,
ich versuche es mit einem Beispiel:
Eine Gitarrenseite schwingt und erzeugt einen Ton, oder aber sie schwingt nicht, und es ist still. Diese Erfahrung macht zumindest jeder in unserer Alltagswelt. In der Welt von Atomen, Elektronen und Photonen könnte sich eine winzige Gitarrenseite dagegen in einer Überlagerung der beiden Zustände befinden: Sie schwingt und gleichzeitig schwingt sie nicht. Dieses ist nur eine von vielen Quanteneigenarten, die unserer Alltagserfahrung widersprechen. Wenn die beiden Welten so unvereinbar sind, müsste es dann nicht irgendwo eine Grenze zwischen ihnen geben?
Man könnte die Grenze zwischen Quanten- und Alltagswelt da ansetzen, wo man diese Effekte in Reinkultur sehen und nachweisen kann. Diese Grenze wäre letztlich eine Frage der technischen und experimentellen Fertigkeit, also: Wie gut hat man sein System unter Kontrolle, um solche Phänomene zu präparieren und dann auch nachzuweisen“
Die Grenze zwischen Quanten- und Alltagswelt hängt also nicht von den Objekten selbst ab, sondern davon, wie gut Forscher ein System kontrollieren und messen können. Nach heutigen Theorien besitzen nämlich womöglich alle Objekte Quanteneigenschaften.
Es ist ein scheinbares Paradox: Schaut man um sich herum, bekommt man diese ganzen Quanteneigenschaften nie zu Gesicht. Die Theorie der Dekohärenz versucht zu beschreiben, wie Quantensysteme mit einer unbekannten, unkontrollierten und nicht gemessenen Umgebung in Wechselwirkung stehen. Und dabei zeigt sich, dass durch diese Dekohärenz – wenn sie hinreichend stark ist – aus der QM gewisser-maßen wieder klassisches Verhalten entsteht.
Wollen Physiker also Quantenphänomene nachweisen, müssen sie diese Dekohärenz klein halten. Und das erreichen sie, indem sie das System von äußeren Einflüssen abschirmen und so genau präparieren, wie es die Natur nur zulässt. Diese Aufgabe wird allerdings umso schwieriger, je größer das System ist und je stärker es mit seiner Umgebung in Wechselwirkung tritt.
ich hoffe, ich habe dir einen kleinen Denkanstoss gegeben.
Kommt drauf an. Jeder Transistor funktioniert nur auf der Basis der Quantenmechanik.
Und TV und Cmputer sind durchaus in einer Größe, die man sehen kann.