Bedeutung von "überlagern"

nuri

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Hab nochmal eine spezielle Frage. Was bedeutet es, wenn sich 2 Teilchen überlagern? Heißt das, dass sie sich völlig überschneiden und damit nur den Platz von einem Teilchen annehmen? Also, wenn erst ein Teilchen existiert und dann überlagert sich ein andres damit, nimmt das dann immernoch den gleichen Raum wie vorher ein? Danke für jede Antwort....
 

jonas

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Hi Nuri

Hier kommt man mit anschaulichen Beispielen kaum noch voran, denn bei dieser Frage ist man ganz tief drin in der Quantenphysik. Der Wikipedia Artikel über das Pauli-Prinzip ist da für einen Laien auch nur mässig hilfreich.

Vielleicht kann folgende Erklärung verdeutlichen, was mit Überlagerung gemeint ist:
Man kennt in der Physik Teilchen und Kräfte. Teilchen sind z.B. Atome. Auch deren Bestandteile Protonen, Neutronen und Elektronen sind Teilchen. Proton und Neutron sind ihrerseits aus Quarks aufgebaut, und sind auch Teilchen. Man nennt sie auch Fermionen.

Dann gibt es Kräfte: Elektromagnetische Kraft, Gravitation, starke und schwache Kernkraft. Die Träger dieser Kraft sind Wellen. Es zeigt sich aber bei diesen Kraften auch ein Verhalten, das nicht wie das einer Welle aussieht, sondern wie ein Teilchen. Diese Teilchen nennt man Bosonen. Das Boson z.B. der elektromagnetischen Kraft ist das Photon.

Jetzt sagt die Alltagserfahrung, dass zwei Teilchen nicht zur gleichen Zeit den selben Ort einnehmen können. Dies ist richtig für Fermionen, also Quarks, Neutronen, Elektronen, Protonen. Für Bosonen gilt das aber nicht. Und das kann man sich am besten vorstellen, wenn man die Bosonen nicht als Teilchen auffasst, sondern als Welle. Im Fall des Photons als Lichtwelle.

Beim Wasser hat man kein Problem sich vorzustellen wie sich Wellen kreuzen können und sich überlagern. Das Wasser selbst, also die H2O Moleküle, überlagern sich dabei nicht, sie bewegen sich ja nichtmal mit der Welle mit. Die Wasserwelle ist somit eher etwas ohne Raumverbrauch und kann sich somit mit einer anderen Welle überlagern. Genauso ist es mit Lichtwellen. Die Photonen nehmen in diesem Sinne keinen Raum für sich in Anspruch und können sich so mit anderen Photonen überlagern.

Präziser kann man dies nur dann formulieren, wenn man tief, sehr tief in die Physik einsteigt und Begriffe wie Wellenfunktion beherrscht wie andere Leute das Atmen.
 

nuri

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Danke für die ausführliche Antwort, aber für mich bleibt immernoch eine Frage offen. Was versteht man denn genau unter einer "überlagerung"? heißt das, dass sich die wellen zu 100prozent, also in ihrem gesamten volumen(das ja nur hypothetisch da ist) überschneiden??
 

mac

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Hallo nuri,

aber für mich bleibt immernoch eine Frage offen. Was versteht man denn genau unter einer "überlagerung"? heißt das, dass sich die wellen zu 100prozent, also in ihrem gesamten volumen(das ja nur hypothetisch da ist) überschneiden??
die Sache ist teilweise deshalb so kompliziert, weil es keine anschauliche Erklärung für diese Vorgänge gibt. Wenn Du uns sagen würdest, warum Du das wissen willst, was genau Du Dir damit erklären möchtest, wäre es für uns einfacher geeignete Beispiele oder Vergleiche zu finden, die für das was Du eigentlich wissen möchtest, nicht falsch oder ohne Aussagekraft sind.

Herzliche Grüße

MAC
 

jonas

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Es kam hier mal vor einiger Zeit die Frage hoch wie gross denn ein Photon sei. Als Beispiel wurden Radiowellen angegeben mit - sagen wir mal - 98,5 MHz, also die Frequenz vom lokalen Radiosender. Die Wellenlänge ist hier gute 3 Meter lang. Ist das Photon dieser Frequenz dann 3 Meter gross? Und wenn ja, wie breit und wie hoch ist es dann?

Und wie sieht es bei Mittel- und Langwelle aus, wo die Wellenlängen dann schon kilometerlang sind. Und wenn Herr Kurzwelle daherkommt, interferiert er dann mit Frau Langwelle? Was, wenn ein Laserstrahl am Sender vorbeigeschickt wird mit Wellenlängen von nur Nanometern. Genügt es zur Überlagerung, wenn das nur Nanometer grosse Laserphoton den Randbereich des riesigen Langwellephotons streift?

Ich glaube man merkt, dass man mit dieser Vorstellung sich schon recht weit neben der Natur der elektromagnetischen Wellen befindet. Mit den Wasserwellen kommt man da schon weiter: Die Dünung auf dem Meer ist die Langwelle, und die Kräuselung des Wassers durch eine leichte Brise ist der Laser. Die Wellen überlagern sich dort, wo sie sich befinden und ihre Wirkung entfalten. Es ist eine Wirkungsüberlagerung, keine räumliche Überlagerung. Die Wirkung hat natürlich eine räumliche Ausdehnung, aber man kann nicht sagen das eine Photon überlagert das andere zu 10% oder zu 500%. Eine solche räumlich Vorstellung der Überlagerung passt einfach nicht.
 

nuri

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Es ist eine Wirkungsüberlagerung, keine räumliche Überlagerung. Die Wirkung hat natürlich eine räumliche Ausdehnung, aber man kann nicht sagen das eine Photon überlagert das andere zu 10% oder zu 500%. Eine solche räumlich Vorstellung der Überlagerung passt einfach nicht.

Unter Überlagerung versteht man aber schon, dass sich die beiden Photonen (zumindest bildlich gesehn) überschneiden,oder verstehe ich das falsch?
 
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nuri

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Habe gerade in einem Artikel gelesen, dass die Ursprungswelle, bei einer konstruktiven Interferenz zweier Lichtwellen, an Ausmaßen zunimmst, größer wird, dh. die Ausschlagungen extremer werden. Das würde aber doch bedeuten, dass in einem bestimmten Raum eben nicht unendlich viele Wellen überlagern können, oder? Der Raum würde doch bei jeder dazukommenden Welle zunehmen, oder nicht? Mache ich einen Denkfehler?
 

MichaMedia

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Kannst du mit diesem Thema dich nicht auf einen Thread beschränken, man wird ja ganz Irre.
Eine Antwort befindet sich dazu im anderen Thread.
 
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