Eine 650kg schwere Kuh trottet mit 1m/s gemütlich über die Weide. Das Gatter im Weidezaun ist ein Metallgitter mit einer Spaltbreite von ungefähr 10cm. Warum kann der Landwirt sicher sein, dass die Kuh nicht durch Interferenzeffekte von der Weide entkommt?
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Materienwellen
Zunächst mal wirkt das wie eine blöde Frage. Jeder weiß doch, dass Kühe nur faul herumliegen können, aber doch nicht interferieren! Interferenz tritt nur bei Wellen auf und Kühe sind offensichtlich feste Objekte.
Die Quantenphysik sagt aber aus, dass auch feste Materie (Elektronen, Protonen, Kühe, Autos,…) Eigenschaften von Wellen zeigen kann. Dass da etwas dran ist, haben zahllose Experimente mit Elektronen, Protonen und anderen Teilchen gezeigt, manche davon lassen sich vielleicht sogar im Unterricht in der Schule nachmachen. Aber Kühe, Autos und auch sonst nichts aus dem alltäglichen Leben geistert als Welle umher. Wie also passt das zusammen?
Dieser scheinbare Widerspruch klärt sich schnell auf, wenn man den Impuls p=mv der Kuh berechnet und in die Formel für die Wellenlänge eines Teilchens einsetzt:
Dieser Wert ist unvorstellbar winzig! Selbst ein Atomkern hat einen Durchmesser von ca. 10−15m. Verglichen mit einem Atomkern ist die Wellenlänge einer Kuh etwa so groß wie ein Atom vergleichen mit dem Abstand der Erde von der Sonne!
Von Experimenten mit Lichtwellen ist bekannt, dass Effekte wie z.B. Beugung am Gitter nur dannauftreten, wenn die Spalte im Gitter ungefähr so groß sind wie die Wellenlänge des Lichts. Das gilt auch für Materiewellen. Entsprechend ist es extrem schwer, ein Gitter zu produzieren, an dem etwas größeres als ein Elementarteilchen gebeugt werden kann. Objekte im alltäglichen Leben haben eine so kleine Wellenlänge, dass es praktisch unmöglich ist, ein passendes Gitter zu finden.
Die Quantenphysik gilt auch für makroskopische Objekte, aber spielt keine Rolle, weil die Effekte zu klein sind, um beobachtet zu werden.
