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Aufgabe

Determinismus (Abitur BW 2005 A3-d)

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Richard FEYNMAN (1918 - 1988); Tamiko Thiel 1984 (OTRS communication from photographer) [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Der Physiknobelpreisträger Richard FEYNMAN (1918 - 1988) schrieb einmal:

"Für die Existenz der Naturwissenschaften, erklärte einst ein Philosoph, ist es unabdingbar, dass dieselben Umstände stets dieselben Ergebnisse erzeugen. Wie sich zeigt, tun sie das nicht."

a)Beschreiben Sie ein Experiment, bei dem dieselben Umstände stets dieselben Ergebnisse erzeugen.

b)Begründen Sie an Hand eines Experiments, weshalb man - wie FEYNMAN sagt - heute in der Physik von der Aussage des Philosophen Abstand nehmen muss.

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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag.

a)Klassische Physik: Begründung, dass dieselben Umstände stets zum gleichen Ergebnis führen

Hier kann man praktisch jedes Experiment der klassischen Physik beschreiben.

Lässt man z.B. denselben Körper am gleichen Ort bei gleichen Anfangsbedingungen mehrmals fallen, so bewegt er sich stets nach denselben physikalischen Gesetzen auf genau der gleichen, vorhersagbaren Bahn. Er benötigt z.B. für die gleiche Fallhöhe stets dieselbe Zeit und kommt am Boden mit derselben Geschwindigkeit an. Ort und Geschwindigkeit können für jeden Zeitpunkt der Bewegung exakt vorausgesagt werden.

Auch der Abschuss einer Rakete zu einem entfernten Planeten könnte als Beispiel verwendet werden.

b)Quantenphysik: Begründung, weshalb die Aussage des Philosophen heute so nicht mehr gilt

Lässt man Photonen oder Elektronen auf einen Doppelspalt fallen, so erhält man ein Interferenzmuster. Verringert man die Zahl der Photonen oder Elektronen so weit, dass sich praktisch immer nur ein Quant in der Anordnung befindet, erhält man nach langer Beobachtungszeit immer noch ein Interferenzmuster. Die Auftreffpunkte der einzelnen Quanten sind stochastisch verteilt, manche Auftreffpunkte sind wahrscheinlicher als andere. Jedoch ist es nun unmöglich, den genauen Auftreffpunkt des nächsten Quants vorherzusagen, es sind nur noch Wahrscheinlichkeitsaussagen möglich.

Ein anderes Experiment wäre z.B. ein Experiment mit einem Strahlteiler. Für viele Quanten sind die Wege I und II stochastisch verteilt, die Hälfte der Quanten nimmt den Weg I, die andere Hälfte den Weg II. Betrachtet man aber ein einzelnes Quant, so ist es unmöglich vorherzusagen, ob es den Weg I oder den Weg II zum Schirm nehmen wird.

Auch eine Darlegung der heisenbergschen Unschärferelation wäre eine denkbare Lösung der Aufgabe.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Quantenphysik

Quantenobjekt Elektron