Zum NachschlagenZurück zur ErklärungDoppelspalt mit Einzelnen — Erklärung, Video nachlesen.
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Übungsaufgaben
1Der Weg eines einzelnen ElektronsAFB I
Ordnen Sie die Stationen eines Versuchsdurchgangs in die richtige Reihenfolge.
Ziehe die Zeilen mit der Maus oder verschiebe sie mit den Pfeil-Buttons, bis die Reihenfolge stimmt.
1Die Glühkathode setzt ein einzelnes Elektron frei
2Die Beschleunigungsspannung bringt es auf seine Geschwindigkeit
3Das Elektron passiert den Doppelspalt
4Es trifft den Leuchtschirm und erzeugt dort genau einen Punkt
5Der Punkt wird gespeichert, danach startet das nächste Elektron
6Nach sehr vielen Durchgängen zeigt die Summe aller Punkte das Streifenmuster
Entscheidend ist Zeile 5: Die Elektronen werden nacheinander geschickt, nie gleichzeitig. Damit ist von vornherein ausgeschlossen, dass sich zwei Elektronen unterwegs begegnen und gegenseitig ablenken. Wer den Versuch beschreibt, sollte diese Vereinzelung immer erwähnen — ohne sie ist das Ergebnis nicht überraschend, sondern nur eine gewöhnliche Wellenüberlagerung.
2Teilchen oder Welle?AFB I
Ordnen Sie jede Beobachtung dem Bild zu, für das sie spricht.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1spricht für das Teilchenbild
2spricht für das Wellenbild
Beide Körbe füllen sich mit Beobachtungen aus ein und demselben Versuch — genau das ist der Kern des Rätsels. Es liegt kein Widerspruch in der Natur vor, sondern in unseren beiden Bildern: Das Teilchenbild beschreibt korrekt, wie nachgewiesen wird, das Wellenbild korrekt, wo die Treffer sich häufen. Ein Quantenobjekt ist weder das eine noch das andere, sondern etwas Drittes, für das unsere Alltagssprache keinen Begriff hat.
3Was zeigt der Versuch wirklich?AFB I
Wählen Sie alle Aussagen aus, die das Einzelelektronen-Experiment korrekt beschreiben.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen".
Die zweite falsche Antwort ist die häufigste Schülererklärung überhaupt: Elektronen sind geladen, also liegt der Gedanke an gegenseitige Abstoßung nahe. Der Versuchsaufbau widerlegt ihn aber direkt — bei vereinzeltem Beschuss ist zwischen zwei Treffern kein zweites Elektron in der Apparatur. Und die erste falsche Antwort verwechselt die Ebenen: Ein einzelnes Elektron liefert einen Punkt, ein Muster ist immer eine Aussage über eine Vielzahl von Ereignissen.
4Bauteile des VersuchsAFB II
Klicken Sie im Schema jeweils das Feld an, nach dem gefragt wird.
Lies die Frage über dem Schema und klicke das passende Feld an. Es kommen vier Fragen nacheinander.
Die beiden Felder unten tragen die eigentliche Aussage des Versuchs: Links steht, was man sieht (Punkte), unten in der Mitte steht die Bedingung, die das Ergebnis erst erstaunlich macht. Ohne die Vereinzelung wäre der Doppelspalt mit Elektronen nur ein weiterer Wellenversuch. Prüfen Sie bei jeder Beschreibung des Aufbaus, ob diese Bedingung genannt ist — in Klausuren steckt dort regelmäßig ein Bewertungspunkt.
5Beobachtung und Deutung verbindenAFB II
Verbinden Sie jede Beobachtung mit der passenden Deutung.
Klicke links einen Begriff an und dann rechts den Partner — es entsteht eine Verbindungslinie.
Die Zeilen sind bewusst so gebaut, dass links reine Beobachtungen und rechts Deutungen stehen. In Klausuren wird genau diese Trennung verlangt: „Ich sehe Streifen" ist ein Befund, „das Elektron interferiert mit sich selbst" ist eine Interpretation. Wer beides vermischt, verliert Punkte — und übersieht leicht, dass die letzte Zeile die stärkste Aussage enthält: Der Zufall des Einzelereignisses ist nicht Unwissenheit, sondern Teil der Theorie.
6Einzelnes Ereignis oder Vielzahl?AFB II
Entscheiden Sie für jede Eigenschaft, worauf sie zutrifft.
Klicke jede Zelle an, die zutrifft — ein zweiter Klick nimmt die Markierung zurück. Es können pro Zeile auch mehrere oder gar keine Häkchen nötig sein.
| Eigenschaft | gilt für den einzelnen Treffer | gilt erst für sehr viele Treffer | gar nicht beobachtbar |
|---|---|---|---|
| punktförmiger Einschlag an einer Stelle | |||
| helle und dunkle Streifen | |||
| Vorhersage des genauen Auftreffortes | |||
| regelmäßiger Abstand der Streifen | |||
| scheinbar zufällige Lage des Treffers | |||
| Bahnkurve durch einen bestimmten Spalt |
Die dritte Spalte ist die wichtigste: Weder der genaue Auftreffort noch die Bahnkurve durch einen bestimmten Spalt sind Größen, die man im Versuch je zu Gesicht bekommt. Das ist keine Frage besserer Messtechnik — sobald man den Weg tatsächlich misst, verschwindet das Streifenmuster. Die Tabelle zeigt damit die Grenze zwischen dem, was das Experiment liefert, und dem, was unsere Vorstellung gern hätte.
7Wie viele Treffer sind nötig?AFB II
Eine schwache Elektronenquelle liefert 60 Elektronen pro Minute. Der Versuch läuft 50 Minuten lang.
Stellen Sie die gesammelte Trefferzahl im Raster ein.Jede Zelle steht für einen Zahlenwert. Klicke Zellen an oder aus, bis die Summe genau dem Zielwert entspricht.
0
Ziel: 3000 Treffer
Die Rechnung ist schlicht — 60 · 50 = 3000 Treffer —, ihre Bedeutung ist es nicht: Nach 50 Minuten Messzeit liegen erst dreitausend Punkte auf dem Schirm, und das Muster ist gerade eben zu erahnen. Für ein wirklich sauberes Streifenbild braucht man Hunderttausende Ereignisse und damit Tage. Genau deshalb gelang der Versuch mit einzelnen Elektronen erst 1989, obwohl die Theorie schon seit den 1920er-Jahren feststand.
8Begriffe und ihre BedeutungAFB II
Finden Sie die zusammengehörenden Kartenpaare.
Decke immer zwei Karten auf. Passen sie zusammen, bleiben sie liegen — sonst drehen sie sich wieder um.
Die beiden Begriffe Vereinzelung und Selbstinterferenz hängen unmittelbar zusammen: Erst weil vereinzelt geschossen wird, bleibt als einzige Erklärung übrig, dass jedes Elektron mit sich selbst interferiert. Achten Sie auf die Sprache — „das Elektron geht durch beide Spalte" ist eine anschauliche Krücke, aber keine korrekte Aussage. Korrekt ist: Solange nicht gemessen wird, welchen Weg es nimmt, tragen beide Wege zur Wahrscheinlichkeitsverteilung bei.
9Der Entscheidungsbaum zum BefundAFB III
Ein Streifenmuster ist entstanden, obwohl stets nur ein Elektron unterwegs war.
Bestimmen Sie über den Entscheidungsbaum, welche Deutung übrig bleibt.Beantworte die Fragen des Entscheidungsbaums mit Ja oder Nein und schau, wo du herauskommst.
Der Baum macht sichtbar, dass die Deutung „Selbstinterferenz" kein Glaubenssatz ist, sondern ein Ausschlussverfahren. Zwei naheliegende Alternativen scheitern an den Befunden: Das reine Wellenbild scheitert an den punktförmigen Einschlägen, das Stoßbild an der Vereinzelung. Genau so argumentiert man in einer Klausur — erst die Befunde nennen, dann die Alternativen der Reihe nach widerlegen, und erst zuletzt die verbleibende Deutung formulieren.
10Ein Einwand aus der KlasseAFB III
Ein Mitschüler behauptet: „Die Streifen entstehen nur, weil sich die vielen Elektronen im Strahl gegenseitig ablenken."
Untersuchen Sie den Einwand Schritt für Schritt.Spiele den Ablauf Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Der Ablauf ist ein Musterbeispiel für physikalische Argumentation: Eine Hypothese wird nicht durch Autorität verworfen, sondern durch ein Experiment, das sie gezielt von der Alternative trennt. Beachten Sie außerdem, was der Versuch nicht leistet — er sagt nicht, welchen Spalt das Elektron genommen hat, und er beseitigt den Zufall des einzelnen Treffers nicht. Er zeigt nur, dass dieser Zufall einer festen Wahrscheinlichkeitsverteilung gehorcht.