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Wie muss unser heutiges mentales Modell des Photons aussehen?

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Lichtquanten

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Zusammenfassung

Kapitel 9 fragt:Wie muss unser heutiges mentales Modell von Photonen aussehen? Naiv-materialistische Projektil- oder Teilcheninterpretationen des Lichts verteidigten nicht nur Isaac Newton und seine zahlreichen Anhänger vom 17.–19. Jahrhundert, sondern im 20. Jahrhundert noch so bedeutende Experimentatoren wie Johannes Stark oder Arthur Holly Compton. Dagegen setzten Thomas Young, Augustin Fresnel und viele andere Naturforscher des 19. und frühen 20. Jahrhunderts eine ebenso naiv-verabsolutierendeWellentheorie des Lichts, wie sie auch den Maxwell-Gleichungen der elektromagnetischen Strahlung zugrundeliegt. Beide Interpretationsansätze werden dem sich ab 1909 abzeichnendenWelle-Teilchen-Dualismus nicht gerecht. Daher verteidigen die Abschn. 9.1–2 eine ontologisch zurückhaltende, instrumentalistische Interpretation, die Vermeidung eines naiven Realismus sowie unberechtigter Lokalitäts-Zuschreibungen. Abschn. 9.4 kommt darüber hinaus noch zu einer Abschiednahme von unserer Tendenz zur Individuierung, da wir nur so der andersartigen Bose-Einstein-Statistik gerecht werden können. Weil all dies unserer an makroskopischen Objekten gewachsenen Intuition so grundlegend widerspricht, bleibt das Lichtquantum alias Photon dennoch eine „mysterious Cheshire cat“ oder ein „elusive beast“.

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Notes

  1. 1.

    Siehe die in Kap. 9.5, Anm. 3 zit. Aussage Einsteins in einem Brief an Michele Besso, 12. Dez. 1951.

  2. 2.

    Zeilinger et al. (2005) S. 231.

  3. 3.

    Ibid.; vgl. ferner z. B. Paul (1985), (1986), Scully & Zubairy (1997), Chiao & Garrison (2008).

  4. 4.

    Zeilinger (2005) S. 233; in ähnliche Richtung gehen Thesen von Zeh (1993), (2012).

  5. 5.

    Siehe Walker & Slack (1970) zu der bewussten sprachlichen Analogie dieser Neologismen.

  6. 6.

    Stanley (1996) S. 839; analog auch Klassen (2011) S. 5.

  7. 7.

    Jaynes (1973), S. 48–50; zur Vita dieses an der Washington University lehrenden Anhängers semiklassischer Theorien siehe Clark et al. (2000); zum Kontext US-amerikanischer QED-Kritiker vgl. Bromberg (2006) S. 243–245. Die epistemischen Unterschiede zwischen klassischen Teilchen und Feldquanten beschreibt Falkenburg in Esfeld (Hrsg.) 2012, S. 158–184.

  8. 8.

    Armstrong (1983) S. 104. Laut http://www.atomicheritage.org/profile/h-l-armstrong arbeitete H.L. Armstrong als „Manhattan Project Veteran“ für die Tennessee Eastman Corporation an der Y-12 Plant von Oak Ridge, Tennessee.

  9. 9.

    Emeritierter Professor of Physics, Univ. Rajasthan, Jaipur, Indien; vgl. https://scholar.google.co.in/citations?user=P4p2LbAAAAAJ&hl=en

  10. 10.

    Singh (1984) S. 11; ähnliche kontrafaktische Varianten auch in Hund (1984), Pessoa (2000).

  11. 11.

    Zu diesen verräterischen Metaphern und ihrem Kontext siehe oben Abschn. 2.5–6.

  12. 12.

    Zum Compton-Effekt und seiner Bedeutung für die Lichtquantenhypothese siehe Abschn. 3.4, zu Bothe-Geiger (1924) siehe S. 172 ff. Zum Raman-Effekt, einer molekularen Streuung elektromagnetischer Strahlung im UV, IF und sichtbaren Licht, die von Chandrasekhar V. Raman (1888–1970) selbst als „optical analogue of the Compton effect“ interpretiert wurde, siehe Raman (1930) S. 270.

  13. 13.

    Dempster & Batho (1927) S. 644.

  14. 14.

    Siehe die in Abschn. 8.1 und nachfolgend beschriebenen Entwicklungen.

  15. 15.

    Paul (1985) S. 175 und ergänzend ebenda S. 179 zum Photon als „Zwitter“ bzw. S. 11 über das „komplizierte Gebilde, […] ein janusköpfigen Etwas, das sich – je nach Art der experimentellen Bedingungen – einmal als Korpuskel und einmal als Welle ‚zeigt‘.“ Auch Han (2014) betont dies.

  16. 16.

    Heitler (1944) S. 63–64, auch zit. von Armstrong (1983) S. 103-104: „a photon is not a thing to which a position can be simply assigned.“ Früheste Ansätze in diese Richtung bei Heisenberg & Pauli (1929), Landau & Rudolf (1930); eine gründliche Literatursichtung bietet Keller (2005).

  17. 17.

    Für diese Interpretation plädiert Emilio Santos in Roychoudhuri et al. (Hrsg.) 2008, S. 163–174.

  18. 18.

    So sieht es der Mathematiker R.M. Kiehn in Roychoudhuri et al. (Hrsg.) 2008, S. 251–270.

  19. 19.

    Strnad (1986a) S. 650. Den gleichen Punkt heben auch Gerry & Knight (2005) S. 18, Han (2014) S. 47 ff., Passon & Grebe-Ellis (2016) S. 20 ff. u.v.a. Quantenfeldtheoretiker hervor.

  20. 20.

    Strnad (1986a) S. 650. Zu pädagogisch motivierten Übervereinfachungen vgl. Kap. 6.

  21. 21.

    Siehe z. B. Redhead & Teller (1992), French (2015) sowie Lyre in Friebe et al. (2015) Kap. 3.

  22. 22.

    Siehe dazu z. B. Ketterle (1997), (2007) sowie weitere hier in Abschn. 3.10, 8.1 und 8.6 genannte Texte sowie Abb. 8.2 zu Bunching und Antibunching.

  23. 23.

    Weiterführende Literaturhinweise zu echten Ein-Photon-Experimenten seit 1996 finden sich bei Santori (2002), Zeilinger (2005).

  24. 24.

    Paul (1986) S. 221.

  25. 25.

    Siehe oben Abschn. 8.5 sowie ergänzend Paul (1985) S. 98–123.

  26. 26.

    Siehe Purcell (1956) (vgl. Abschn. 8.1) sowie Panarella bzw. Roychoudhuri & Tirfessa in Roychoudhuri et al. (Hrsg.) 2008, S. 111–128 bzw. 397–410.

  27. 27.

    Felix Frank: The shortest artificial light burst in history, posted July 2, 2012, online unter http://www.kurzweilai.net/the-shortest-artificial-light-bursts-in-history (19.3.2016).

  28. 28.

    Für nähere Details siehe Goulielmakis (2004), Frank et al. (2012), insbesondere S. 19–20.

  29. 29.

    So Wolfgang Pauli an Werner Heisenberg, 9. Okt. 1926, in Meyenn (Hrsg.) Bd. 1, Dok. 143, S. 340; vgl. Heisenberg (1927), Landau & Lifschitz (1979) S. 44–47, 152–158, Paul (1985) S. 33–37.

  30. 30.

    Siehe Abschn. 1.3, insbesondere das dort besprochene Konzept der Konvolutionen.

  31. 31.

    Scully & Sargent (1972) S. 38. 1997 kam Scully in einem Lehrbuch der Quantenoptik jedoch zu anderen Einsichten (s. u.). Zu Scullys Vita sowie zum Kontext vgl. Bromberg (2006) S. 245 ff.

  32. 32.

    Wheeler in der 72. Sommerschule ,Enrico Fermi‘, publ. 1979, hier zit. aus Roychoudhuri & Roy (Hrsg.), 2005, S. 28. In die gleiche Richtung geht die Formulierung von Photonen als „mysterious quantum Cheshire cat: an illusion“ (ibid., im Beitrag von K. Michielsen u. a.).

  33. 33.

    Siehe Freeman (1981) S. 11 bzw. Lamb (1995) S. 77.

  34. 34.

    Oliver Passon in einer E-Mail an K. Hentschel, 2. Sept. 2016; vgl. mit ähnlicher Stoßrichtung: Simonsohn (1979), Lamb (1995) S. 80, Sulcs (2003) S. 367.

  35. 35.

    Siehe dazu z. B. McEvoy (2010) und dort genannte weiterführende Texte.

  36. 36.

    Siehe z. B. Gell-Mann, & Ne’eman (1964), Walker & Slack (1970) sowie Johnson (1999) zur semantischen Modifikation dieses Konzeptes durch ‚Farbladungen‘, ‚Flavor‘, Massen, usw.

  37. 37.

    A.F. Krackhauer in: Roychoudhuri, A.F. Kracklauer & Creath (Hrsg.) 2008, S. 143–154.

  38. 38.

    Zum Zeitpunkt der Niederschrift dieser Zeilen lagen bereits sechs Proceedingsbände mit jeweils vielen Dutzend Beiträgen vor, darunter allerdings überwiegend hochspekulative bis ins Obskure gehende Gedankenspielereien: siehe Roychoudhuri et al. (Hrsg.) 2015 bzw. http://spie.org/Publications/Proceedings/Volume/9570 für den neuen Band der Reihe.

  39. 39.

    Alle vorstehenden Zitate aus Wayne (2009) S. 23, der einen ausführlichen Überblick bietet.

  40. 40.

    Zur Interpretation der Relativitätstheorie und Quantentheorie aus fiktionalistischer Perspektive vgl. Zeh (2012) und Hentschel (2014).

  41. 41.

    Bonmot von Glauber auf der Sommerschule von Les Houches 1963, zit. als Motto in dem Beitrag von Holger Mack und Wolfgang Schleich zu Roychoudhuri & Roy (Hrsg.) 2005, S. 28.

  42. 42.

    So erneut Glauber, diesmal zit. aus dem Beitrag von Scully et al. zu Roychoudhuri & Roy (Hrsg.) 2005, S. 18.

  43. 43.

    Ibid. sowie in Scully & Zubairy (1997) Kap. 9.5 und 21 bzw. Zeilinger et al. (2005).

  44. 44.

    Zitat aus dem Abstract von S.A. Rashkoskiy in Roychoudhuri et al. (Hrsg.) 2015.

Bibliographische Abkürzungen

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  1. Historisches Institut, Universität Stuttgart, Stuttgart, Deutschland

    Prof. Dr. Klaus Hentschel

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  1. Prof. Dr. Klaus Hentschel
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Hentschel, K. (2017). Wie muss unser heutiges mentales Modell des Photons aussehen?. In: Lichtquanten. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-55273-5_9

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