Letzte Aktualisierung: 2. Januar 2025

Warum ist unsere Materie kein Quantum?

Bild: Atomare Größenordnungen.
In der Welt des unendlich Kleinen können die Orbitale des Elektrons je nach Beschaffenheit des Atoms unterschiedliche charakteristische Formen annehmen. Beispielsweise haben Wasserstofforbitale die Form einer Kugel, Sauerstofforbitale die Form von zwei Wassertropfen und Eisenorbitale die Form von vier Wassertropfen. Diese Form des Atomorbitals definiert die Größe des Atoms.
Die charakteristischen Größen von Atomen oder die Abstände zwischen Kernen in Molekülen liegen erfahrungsgemäß in der Größenordnung von Angström (einem Zehnmillionstel Millimeter). Wir können sagen, dass die Atome einige Angström voneinander entfernt sind.

Warum ist unsere Materie kein Quantum?

Unser Universum ist mit sehr kleinen Teilchen gefüllt, die Atome genannt werden. Diese Atome sind die Bausteine von allem, was wir um uns herum sehen, wie Bäume, Tiere, Gebäude und sogar uns selbst!

Auf solch einem kleinen Maßstab unterscheiden sich die Gesetze der Physik, die sie bestimmen, von denen, die wir auf unserem Maßstab, dem sogenannten makroskopischen Maßstab, sehen. Auf der Atomskala unterliegt die Physik den Regeln der Quantenmechanik, die sich stark von den Regeln der klassischen Physik unterscheiden, mit denen wir die Welt auf unserer Skala beschreiben.

Beispielsweise können sich Teilchen auf der Quantenskala gleichzeitig wie Wellen und Teilchen verhalten, was uns sehr seltsam vorkommen kann! Darüber hinaus können sich Teilchen auf der Quantenskala gleichzeitig in mehreren verschiedenen Zuständen befinden, was als „Überlagerung“ bezeichnet wird.

Aber warum sehen wir diese Phänomene dann nicht auf unserer Skala? Dies liegt daran, dass diese Quanteneffekte sehr schwach sind und sich bei der Betrachtung größerer Objekte tendenziell aufheben. Auf unserer Skala sind die Atome so zahlreich und so eng miteinander verbunden, dass Quanteneffekte vernachlässigbar sind. Das bedeutet, dass die klassische Physik, mit der wir die Welt auf unserer Skala beschreiben, ausreicht, um zu erklären, was um uns herum geschieht.

Es gibt jedoch Wissenschaftler, die Quanteneffekte auf unserer Skala untersuchen. Sie entwickelten Experimente, um Quanteneffekte an größeren Objekten wie Molekülen oder Kristallen zu beobachten. Diese Experimente zeigten, dass Quanteneffekte selbst in unserem Maßstab wichtige Konsequenzen haben können.

Letztlich handelt es sich bei unserer Materie nicht um Quanten auf der makroskopischen Skala, da Quanteneffekte sehr schwach sind und dazu neigen, sich auf dieser Skala aufzuheben. Allerdings ist die Quantenphysik nach wie vor wichtig für das Verständnis des Universums, da sie das Verhalten von Teilchen auf einer kleineren Skala regelt und auf unserer Skala sogar Konsequenzen für unsere Welt haben kann.