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Die Faszination der Quantenphysik:
 Ein persönlicher Blick seit 1963
Die Quantenphysik, ein faszinierender Bereich der Physik, hat meine Neugier und Interesse seit meinem Studium im Jahr 1963 bis heute stets begleitet. Eine der prägendsten Erinnerungen meiner Studienzeit liegt in der abschließenden Frage meines Professors, die sich um die Dualität des Lichts drehte und bis heute in meinem Gedächtnis haftet.
In den späten 1960er Jahren, genauer gesagt um 1969, stellte mir mein Professor eine herausfordernde Frage, die meine Denkweise über die Grundlagen der Quantenphysik auf den Prüfstand stellte: "Was halten Sie von der Dualität des Lichts?"
Die Dualität des Lichts ist ein zentrales Konzept in der Quantenphysik, das besagt, dass Licht sowohl als Welle als auch als Teilchen, sogenannte Photonen, betrachtet werden kann. Diese Idee, die zuerst von Albert Einstein im Zusammenhang mit dem Photoeffekt formuliert wurde, revolutionierte unser Verständnis von Licht und legte den Grundstein für die Entwicklung der Quantentheorie.
Um meine Antwort zu formen, begann ich, mich eingehend mit den Experimenten und Theorien zu beschäftigen, die zu dieser revolutionären Idee führten. Die berühmten Doppelspaltexperimente und die Arbeiten von Physikern wie Max Planck und Niels Bohr wurden zu Schlüsselkomponenten meiner Recherche.
In meiner Antwort an den Professor versuchte ich nicht nur die mathematischen Aspekte der Dualität zu erfassen, sondern auch, sie für mich selbst in klare und leicht verständliche Worte zu fassen. Licht als Welle und als Teilchen zu betrachten, schien zunächst paradox, aber je tiefer ich in die Materie eintauchte, desto mehr erkannte ich die erstaunliche Kohärenz und Konsistenz der Quantenphysik.
Diese Episode markierte den Beginn meiner lebenslangen Faszination für die Quantenwelt. Von der Dualität des Lichts über die Unschärferelation bis hin zur Quantenverschränkung hat die Quantenphysik stets neue Fragen und Herausforderungen bereitgehalten, die mein Interesse geweckt und meine Neugier genährt haben.
Heute, viele Jahre später, betrachte ich diese Erinnerung als den Ausgangspunkt meiner Reise in die Welt der Quantenphänomene, die auch weiterhin faszinierende Einblicke in die fundamentalen Prinzipien der Natur bietet.
Und: Meine Texte werden von ChatGPT rund gemacht, denn seit meinem Schlaganfall fällt es mir schwer, Texte grammatisch korrekt und gut lesbar zu verfassen. Daher ist KI ein Segen für mich!
Werner Zucker

Und Bohr hat doch Recht!
Ich will mich nicht damit abfinden, dass das Elektron im Bohr-Modell keine elektromagnetische Welle sein darf. Es hat alles, was Maxwell fordert: Spin (Magnetfeld) und eine negative Ladung (elektrisches Feld). Nun hat sich die Theorie der Quantenwelt seit meiner Studienzeit immer wieder erneuert , aber nur wenig, was man in Labor-Versuchen verifizieren kann.
Dazu kommt, dass die Physiker die Harmonie suchen, am besten eine geschlossene Formel. 
(Vorbild Einstein). Unstreitig ist, dass das Elektron mal Teilchen ist oder Welle. Dafür gibt es viele Experimente, die gute Interferenzmuster zeigen. Kürzlich (1.21 Spektrum) haben Forscher mit einem Röntgenphoton ein Wassermolekül (H2) beschossen. Das Ergebnis zeigt ein schönes Interferenzmuster. 
Ich nehme ein atomares Wasseratom. Es wird vermutet, dass eine elektromagnetische Welle spiralig in den Kern stürzt. Das ist richtig, wenn die Welle sich selber frisst. Ich aber möchte lieber annehmen, dass die Welle eine Stehwelle ist.  Wir haben unsere Saiten-Instrumente. Die Saiten erklingen mit mehreren Stehwellen. Ein Klavier ist gut gestimmt, wenn viele Obertöne mitschwingen. Wenn das nicht prima ist! Und wenn der Dämpfer getreten wird, singt das Klavier mit uns (Resonanz). Und was passiert, wenn die Saite ein Gummiband ist?
Oder die Stehwelle ist vom Typ Clapotis (Reflexwelle)?
 
Also nehme ich ein Wasserstoffatom mit Elektron und recherchiere:
Kovalenter Radius, Umfang 2pi mal 31pm = 195pm. 195 x 10-12 m    
Elektron-Energie f x h
Elektron-Masse Me = 10-30 kg
Plancksches-Wirkungsquantum h=6,626 070 040(81) · 10−34 Js (kg·m 2/s 2) x s
Und ich verheirate Einstein mit Planck (nichts neues): E = Me x c²=fh   f= (Me x c²)/h (Dim=J/Js)
c=0,3 x 109meter/s   c2 = 0,9 x 1018 etwa 1018
Me = 10-30, E = 1018 x 10-30 = 10-12, 
f = 10-12 / 6,6 x 10-34 = 0,15 x 10+22  
 f = 15 x 10+20 /s
Wellenlänge L = c / f     0,3 x 109 / 15 x 1020 = 0,02 x 10-11 
 oder 0,2 pm  (Pikometer)
Gamma-Strahlung! Wie Gamma-Blitze aus dem All oder aus dem Atompilz!
 Also: das Elektron als elektromagnetische Welle hat ca. 1000 Perioden für die Stehwelle!
Das klärt so manches.
Aber wie kann man die stehenden Wellen erklären? 
Der Quantenphysiker muss mehr glauben als wissen. Die Bibel hat mehr Fakten als die Physik. Trotzdem könnte Schrödinger eine schöne Wellengleichung aufstellen.


 (1)z.B.: Spektrum der Wissenschaft 4/21: „Was ist ein Teilchen?“ oder 12/18: „Welle oder Teilchen?“
(2)Allerdings ich mir nicht klar, was das Muster macht. Es gib ein Photon und zwei Elektronen. Wer was es? Trifft ein Photon auf ein Elektron, so geht ein Teil seiner Energie und seines Impulses auf das Elektron über. Die Energieübertragung bewirkt eine Impulsverkleinerung und damit eine Frequenzverkleinerung. Die Geschwindigkeit des Photons bleibt dem Betrag nach gleich. Siehe: Compton-Effekt. 
(3)  Eine stehende Welle, auch Stehwelle, ist eine Welle, deren Auslenkung an bestimmten Stellen immer bei Null verbleibt. Sie kann als Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude aufgefasst werden.


Das Prinzip ist universell: Wenn eine Masse bewegt werden muss, nimmt sie nur den Weg mit dem kleinsten Widerstand . 
Das hat mich sofort fasziniert: Landau/Lifschitz: „Lehrbuch der theoretischen Physik“. Also braucht Schrödinger ein Teilchen. Und die Gleichung sagt aus, wo und wann sich das Teilchen womöglich aufhält. Immerhin kann man viel über das Wasserstoffspektrum sagen. (Muss nicht immer die Katze sein). 
Der Mathematiker versucht Phänomene zu erklären, indem er ähnliche, aber bekannte Strukturen sucht. Diesen Vorgang nennt er Homomorphismus. Mit Glück (oder mit Nachdenken) findet er sogar einen Isomorphismus! Da spart er viel Mühe beim Beweisen. Denn die Theoreme können leicht von einer Struktur in die andere übertragen werden.
Aber ist das nicht auch eine allgemeine menschliche Denkweise?
Natürlich, nur da heißt es Allegorie!
Ein guter Erklärer versucht das Wissen aus der Wissenschaft mit Bildern, Allegorien allgemeinverständlich zu erklären. Ein Sender-Platz im Fernsehen ist ihm sicher!

Aber wie kann man Bohr zum Recht verhelfen?
Wie können wir den 1000-Wellen großen Strahl zwingen, um der Atomkern zu kreisen und auch noch eine Stehwelle auszubilden? 
Wir wissen, dass elektromagnetische Wellen normalerweise geradeaus strahlen. 
Aber wie können sie durch Reflexion die Richtung ändern? Totalreflexion!  Das machen wir mit Licht in der Glasfaser. Wir brauchen eine Umgebung, in der ein „Glas“-Ring ausgebildet werden kann. Welche kann das sein? 
Spektrum 4.21: 
Zur grundlegenden Natur der kleinsten Bausteine der Welt gibt es zahlreiche Hypothesen: Sie könnten punktartige Objekte sein, schwingende Felder -oder Einblick in eine mathematische Ordnung des Kosmos gewähren. Theoretiker ringen intensiver als je zuvor um das sinnvollste Konzept.
Dazu möchte mich ich eins hinzufügen: Ein Wasserstoffatom ist wie ein Diskus (Diskos oder Ufo), eine linsenförmige Scheibe. Dieser Diskus ist unbestritten Materie und ein Kraftfeld zugleich. Und schwingt wie der Gong, der zum Essen ruft.
Dieses Schwingen bildet Chladnische Figuren aus, Eigenschwingungen (Eigenwerte: ein Leckerbissen für Mathematiker) kann man rechnen. Ich nehme an, dass es wesentliche Ring-Wellen ausbildet.
Den ersten Ring benutzen wir für das Elektron, das darin gefesselt ist. Und ich glaube, dass das Elektron dann entscheidet, dass es eine Welle ist. Und es muss eine Stehwelle sein. Und es verliert kaum oder keine Energie. Aber wenn es entscheidet ein Teilchen zu sein, dann surft es die Ring-Welle entlang. Auch dann verliert es kaum Energie.
Aber wo hat der Diskus die Energie zu der Anregung eines Feldes her? 
Die Antwort ist profan: aus seiner Bewegungs-Wärme. Das erklärt uns die Thermodynamik. 
Verführerische Hypothese: wenn der Diskus ganz kalt ist, wird er zum Supraleiter!
Der Wasserstoff wird diamagnetisch. Was bedeutet das? 
Ich stelle vor: ein einsames Wasserstoff-Atom im Kosmos, nichts los, kaum Nachbar-Atome, die zum Schwingen anregen. Das Elektron kann nicht mehr surfen, es wird von den Quarks absorbiert. Am Ende haben wir ein Neutron und ein Neutrino. Oder? 

(4)Genauer: Die allgemeinste Formulierung des Bewegungsgesetzes mechanischer Systeme ist durch das sogenannte Prinzip der kleinsten Wirkung (oder Hamiltonsches Prinzip) gegeben.
(5)absehen von Gravität 

wz 2.5.21