Zum NachschlagenZurück zur ErklärungWelle oder Teilchen — Erklärung, Video nachlesen.
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Übungsaufgaben
1Welche Seite zeigt sich?AFB I
Ordnen Sie jede Beobachtung bzw. Aussage dem passenden Bereich zu.
Ziehe jeden Begriff in den passenden Bereich — oder wähle ihn mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Bereichs.
1 zeigt die Wellenseite
2 zeigt die Teilchenseite
3 gilt unabhängig vom Versuch
Der dritte Bereich ist nicht der Bereich „beides gleichzeitig“ — den gibt es nach Bohr gerade nicht. Er enthält Aussagen über das Quantenobjekt selbst, die in jedem Experiment gelten, während die ersten beiden Bereiche nur beschreiben, welche Seite ein bestimmter Aufbau sichtbar macht. Wer die Komplementarität in einen der beiden äußeren Bereiche legt, hat sie noch als Eigenschaft eines einzelnen Versuchs missverstanden.
2Komplementarität in WortenAFB I
Vervollständigen Sie den Text zum Prinzip der Komplementarität.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Niels Bohr nannte Welle und Teilchen zwei Seiten desselben . Welche der beiden Seiten sichtbar wird, entscheidet der . Misst ein , durch welchen Spalt das Elektron gelaufen ist, so verschwindet das . Beide Seiten zugleich zeigt Experiment.
Achten Sie auf das Wort desselben: Es gibt nicht zwei Objekte und auch keinen Wechsel zwischen zwei Zuständen, sondern ein einziges Quantenobjekt mit zwei Beschreibungsseiten. Der letzte Satz ist die eigentliche Aussage der Komplementarität — nicht „mal so, mal so“, sondern „nie beides zusammen“.
3Begriffe und BedeutungenAFB I
Finden Sie die zusammengehörenden Karten.
Decke immer zwei Karten auf. Passen sie zusammen, bleiben sie offen liegen — sonst drehen sie sich wieder um.
Die beiden letzten Karten tragen den Kern des Kapitels. „Selbstinterferenz“ betont, dass sich nicht zwei Elektronen gegenseitig überlagern — auch einzeln abgeschickte Objekte bauen das Muster auf. Und „Quantenobjekt“ ersetzt die falsche Frage „Welle oder Teilchen?“ durch die richtige: „Welche Seite macht dieser Aufbau sichtbar?“
4Aufbau und BeobachtungAFB II
Kreuzen Sie an, was in der jeweiligen Versuchsvariante zutrifft. Pro Zeile können mehrere Spalten passen.
Setze in jeder Zeile Kreuze in alle zutreffenden Spalten und prüfe dann die ganze Tabelle.
| Versuchsvariante | Streifenmuster sichtbar | Weg des Objekts bekannt | Bild zweier Einzelspalte |
|---|---|---|---|
| Doppelspalt, kein Messgerät an den Spalten | |||
| Doppelspalt mit eingeschaltetem Welcher-Weg-Detektor | |||
| Detektor eingebaut, aber ausgeschaltet | |||
| ein Spalt zugeklebt, kein Detektor |
Entscheidend ist nicht, ob ein Gerät im Aufbau steht, sondern ob die Weginformation tatsächlich vorliegt — deshalb unterscheiden sich Zeile 2 und Zeile 3 vollständig. Zeile 4 zeigt denselben Gedanken ohne jede Elektronik: Ist ein Spalt zu, kennt man den Weg trivialerweise, und die Selbstinterferenz entfällt. Zwei getrennte Streifen entstehen dort aber nicht, weil es nur noch einen Spalt gibt.
5Die Kette vom Messen zum MusterAFB II
Ordnen Sie die Schritte so, dass eine schlüssige Argumentationskette entsteht.
Ziehe die Zeilen mit der Maus oder verschiebe sie mit den Pfeil-Buttons, bis die Reihenfolge stimmt.
1Der Welcher-Weg-Detektor an den Spalten wird eingeschaltet.
2Für jedes Elektron liegt fest, durch welchen Spalt es gelaufen ist.
3Damit steht eine Teilchen-Information über den Weg zur Verfügung.
4Das Quantenobjekt kann nun nicht mehr mit sich selbst interferieren.
5Die Abfolge aus Maxima und Minima auf dem Schirm verschwindet.
6Übrig bleiben zwei Verteilungen wie von zwei getrennten Einzelspalten.
Die Kette hat eine logische Mitte, die man leicht überspringt: Zwischen „Detektor an“ und „Muster weg“ steht das Wissen über den Weg. Genau deshalb wirkt auch ein zugeklebter Spalt wie ein Detektor — er liefert dieselbe Information. Der letzte Schritt beschreibt nur noch, was danach übrig bleibt: die schlichte Summe zweier Einzelspaltbilder ohne jede Streifenstruktur.
6Bauteile und ihre RolleAFB II
Bestimmen Sie im Schema, welcher Baustein zu welcher Frage gehört.
Lies die Frage über dem Schema und klicke das passende Feld an. Es kommen vier Fragen nacheinander.
Trennen Sie die drei Ebenen sauber: Quelle, Doppelspalt und Detektor gehören zum Aufbau, Treffer und Muster sind Beobachtungen, und die Komplementarität ist die Deutung darüber. Besonders lehrreich sind die letzten beiden Fragen: Ein und derselbe Versuch liefert punktförmige Einzeltreffer und ein Streifenmuster — aber erst als Verteilung vieler Treffer, nie an einem einzelnen Elektron gleichzeitig.
7Detektor eingeschaltet — was gilt?AFB II
Wählen Sie alle Aussagen aus, die bei eingeschaltetem Welcher-Weg-Detektor zutreffen.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Die dritte Aussage überrascht manche: Punktförmige Einzeltreffer gibt es immer, auch ohne Detektor — nachgewiesen wird ein Quantenobjekt stets lokal. Was der Detektor ändert, ist nur die Verteilung dieser Treffer. Und „verwandeln“ ist die häufigste Fehlformulierung: Das Objekt bleibt dasselbe, allein die Frage, die das Experiment stellt, hat sich geändert.
8Wie deutlich bleibt das Muster?AFB III
Ein Doppelspaltversuch mit Elektronen wird in fünf Varianten durchgeführt.
Schätzen Sie ein, wie deutlich das Streifenmuster jeweils zu sehen ist.Wähle für jede Zeile die passende Stufe von 1 bis 5.
1 = gar kein Streifenmuster5 = volles, klares Streifenmuster
kein Messgerät an den Spalten
Detektor eingebaut, aber ausgeschaltet
Detektor erkennt nur etwa jedes zweite Elektron
Detektor bestimmt den Weg jedes Elektrons sicher
ein Spalt ist verschlossen
Die mittlere Zeile ist der eigentliche Erkenntnisgewinn: Weginformation ist keine Ja/Nein-Größe. Je mehr Elektronen ihren Weg verraten, desto schwächer der Kontrast der Streifen — der Übergang ist fließend, nicht sprunghaft. Die letzte Zeile führt zum selben Ergebnis, aber aus einem anderen Grund: Dort fehlt schon die zweite Teilwelle, es gibt also gar nichts mehr zu überlagern.
9Fehler im SchülerheftAFB III
Finden Sie die falschen Zeilen in diesem Heftauszug und klicken Sie sie an.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Alle drei Fehler stammen aus derselben Quelle: dem Versuch, das Quantenobjekt in ein vertrautes klassisches Bild zu pressen — mal als Kugel, mal als Welle, mal als Verwandlung zwischen beiden. Die Quantenphysik verlangt hier den umgekehrten Weg: Das Objekt ist das Grundlegende, Welle und Teilchen sind nur die beiden Sprachen, in denen wir seine Messergebnisse beschreiben.
10Ein Versuch ohne StreifenAFB III
Eine Arbeitsgruppe schickt einzelne Elektronen durch einen Doppelspalt, erhält aber statt des erwarteten Streifenmusters nur zwei breite Streifen.
Untersuchen Sie den Fall Schritt für Schritt.Spiele den Ablauf Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Der Fall macht sichtbar, warum die Komplementarität mehr ist als eine Merkregel: Sie ist eine Vorhersage, die man im Labor überprüfen kann. Besonders wichtig ist der vorletzte Schritt — dass sich der Kontrast stufenlos einstellen lässt, zeigt, dass nicht ein Gerät das Muster „zerstört“, sondern allein die verfügbare Information darüber entscheidet. Und der letzte Schritt hält fest, was man dem Elektron dabei nicht ansehen kann: eine wahre Natur hinter den beiden Seiten.