Das Elektron, Wahrheit oder Fiktion

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1 Das Elektron, Wahrheit oder Fiktion Seit Tausenden von Jahren stellen sich Menschen die Frage, aus welchen Bausteinen die Welt zusammengesetzt ist und welche Kräfte diese verbinden. Aus was besteht also Materie wie Holz oder Wasser? Der griechische Philosoph Demokrit stellte schon 400 v. Chr. die Hypothese auf, dass die Welt aus kleinen, unteilbaren Teilchen zusammengesetzt sei, die er Atome nannte. Man behauptet dass die Wissenschaften und die Entdeckungen der alten Griechen, rein Philosophischer oder Hypothetischer Natur sind. Ich behaupte dass der Kern dieses Wissens einen viel älteren Ursprung hat als behauptet. In einer Zeit, in der es in Ägypten eine Hochkultur gab, die bessere Erkenntnisse über den Aufbau des Universums und der Materie hatten als wir. Von diesem Wissen ist über die Jahrtausende von Kriegen und Zerstörung und durch falsche Interpretationen und Übersetzungen nur ein kleiner Teil übrig geblieben, in Form von Textfragmenten. Bis ins 19. Jahrhundert, war über Struktur und Aufbau der Atome nichts bekannt, man stellte sie sich als kleine Kugeln vor. Die heutige Wissenschaft lernt uns dass die Materie aus Atomen besteht. Die einzelnen Atome besitzen einen Atomkern und eine Elektronenhülle. Wie aus der Chemie bekannt, setzt sich der Atomkern aus Protonen und Neutronen zusammen. Protonen und Neutronen wiederum bestehen aus noch kleineren Teilchen, den Quarks. Aber, entspricht diese Vorstellung der heutigen Wissenschaft der Wahrheit oder ist es reine Fiktion, entstanden durch falsch verstandene Experimente? Es gibt in der Wissenschaft Denkweisen, die eine lange Zeit richtig waren, bevor sie durch bessere ersetzt wurden. So war die Erde viele Jahrhunderte als das Zentrum der Welt angesehen worden, bis bewiesen wurde dass die Sonne das Zentrum unseres Sonnensystems ist. Heute glaubt man zu wissen, wie unser Universum entstanden ist, es wurden Standardmodelle für den Urknall und die Elementarteilchenphysik entwickelt. Vieles ist durch Experimente bestätigt und trotzdem gibt es noch viele offene Fragen. 1

2 Ob eine Entdeckung oder eine Beobachtung richtig oder falsch gedeutet wird, hängt überwiegend von zwei Faktoren ab. Zum einen ist es der Wissensstand des Beobachters oder des Experimentators. Zweitens, ein gutes Vorstellungsvermögen dass die Denkvorgänge mit inneren Bildern unterstützen kann und somit das beobachtete in eine Theorie umsetzen kann. Der Wissensstand ist das angeeignete Wissen, das wiederum abhängig von dem Allgemeinwissen der jeweiligen Zeitperiode ist. Das Vorstellungsvermögen hingegen ist bei jedem einzelnen unterschiedlich ausgeprägt. Man könnte sagen es ist eine Fähigkeit ein Talent vergleichbar mit Malen oder Musizieren. Diese Fähigkeit kann in gewissen maßen erweitert werden durch Übung und doch ist es eine individuelle Fähigkeit, die dazu führen kann, dass eine Beobachtung in unterschiedliche Theorien enden kann. Anschauungsmittel sprechen nicht für sich selbst. Was ein Wissenschaftler in einer bestimmten Beobachtung erkennt oder zum Ausdruck bringt, kann abweichen von dem, was ein anderer darin sieht. Das Bilden von Vorstellungen ist eine individuelle konstruktive Leistung, so dass grundsätzlich nie sicher ist, ob verschiedene Personen dasselbe sehen. Das Elektron, ist das erste Teilchen des Standard-Modells, das entdeckt wurde. Das Elektron wurde angeblich 1897 von Sir Joseph John Thomson ( ) entdeckt, als er so genannte Kathodenstrahlen untersuchte. Thomson war es gelungen, nachzuweisen, dass Kathodenstrahlen, die er in einer kleinen Vakuumröhre beschleunigte, ein Ladungs- Massenverhältnis hatten, welches deutlich größer war als für alle bis dato bekannten Teilchen. Das Elektron, Leichtestes aller geladenen Teilchen, war gefunden. Noch heute sind die Masse und Ladung des Elektrons, neben der Lichtgeschwindigkeit und dem Planck schen Wirkungsquantum der Quantentheorie, die fundamentalen Naturkonstanten der Atomphysik. Sein Sohn George Paget Thomson ( ) hingegen, sagt über das Elektron, es verhält sich so, wie man es von einer Licht oder Wasserwelle erwartet, es wird gebeugt und kann interferieren, d.h. die typischen Muster von Verstärkung und Auslöschung zeigen, wie man es etwa bei Wasserwelle beobachtet, die aufeinander zulaufen und sich durchdringen. 2

3 Beide Thomsons erhielten für Ihre Arbeiten den Nobelpreis, J. J. im Jahre 1906, G. P. im Jahre Was heutzutage im modernen Sprachgebrauch der Quantenmechanik als Welle-Teilchen Dualismus bezeichnet wird, zog sich also durch die Thomson Familie als Vater-Sohn Dualismus. Man kann sich vielleicht vorstellen, vor welchem Dilemma damals die Physiker angesichts der sich klassisch total widersprechenden Entdeckungen der beiden Thomsons und vieler anderer Wissenschaftler standen. Hier ging es nicht nur um die Modifikation einer Theorie, um neue Erkenntnisse widerspruchsfrei in bestehende Gedankengebäude einzubetten, sondern es wurden die Grundfeste der Physik erschüttert und damit Jahrhunderte alte Denktraditionen in Frage gestellt. Wer von beiden hat nun Recht und was also ist dieses Elektron? Das Elektron ist unteilbar, ein punktförmiges Etwas mit einer Masse und einer negativen elektrischen Ladung, deren Größe exakt mit der des positiv geladenen Protons übereinstimmt. Die freie Beweglichkeit einiger der Elektronen in Metallen ist die Ursache für die elektrische Leitfähigkeit von metallischen Leitern. Doch was genau ist ein punktförmiges Etwas mit einer Masse? Da es Masse besitzt muss es auch ein Volumen haben, eine Form. Wenn das Elektron ein Volumen und eine Masse aufweist, so stellt sich zwangsläufig die nächste Frage. Aus was bestehen die Elektronen? Werner Heisenberg erklärt das in seinem Aufsatz wie folgt: Das unteilbare Elementarteilchen der modernen Physik besitzt die Qualität der Raumerfüllung nicht in höherem Maße als die anderen Eigenschaften, wie etwa Farbe und Festigkeit. Es ist seinem Wesen nach nicht ein materielles Gebilde in Raum und Zeit, sondern gewissermaßen nur ein Symbol, bei dessen Einführung die Naturgesetze eine besonders einfache Gestalt annehmen. Die populär Wissenschaftler erklären dies folgendermaßen: Die Elektronen bestehen nicht aus Quarks, sie sind nach heutigem Wissen unteilbar. Sie bilden mit Myonen, Tauonen und Neutrinos die Gruppe der Leptonen. Leptonen und Quarks sind nach heutigem Wissen unteilbar und stehen auf der gleichen Stufe. Ob es grundlegendere Teilchen gibt, aus denen Quarks und Leptonen aufgebaut sind, ist nicht bekannt. 3

4 Man schreibt dem Elektron zwar eine Ruhemasse zu, aber es besteht trotzdem nicht aus irgendetwas Stofflichem im herkömmlichen Sinne. Um es einfach zu erklären, besteht das Elektron nach dem heutigen Wissensstand aus nichts. Wie kann etwas das eine Masse aufweist und einen bestimmten Platz im Raum ausfüllt aus nichts bestehen? Ganz einfach! Das Elektron ist ein rein fiktives Teilchen, entstanden in den Köpfen einiger Wissenschaftler, durch Mangel an Vorstellungvermögen. Wenn das Elektron ein Volumen und eine Masse hat und aus nichts besteht, was ist dann seine Ladung? In der Physik versteht man unter Ladung im generellen die Eigenschaft von Teilchen oder Objekten, mit einem Feld zu wechselwirken. Anders beschrieben, ein Teilchen das aus nichts besteht hat eine Wechselwirkung mit einem anderen Teilchen das ebenfalls aus nichts besteht. Die Ladung ist die eigentliche reine Energie, die mit dem Äther oder auch Licht-Äther gleichzusetzen ist. Wir sehen hier dass die Findung der Wahrheit in der Wissenschaft abhängig ist von dem jeweiligen Vorstellungsvermögen. Einer der wichtigste Faktoren in der Wissenschaft der entscheidet zwischen richtig oder falsch, ist das Vorstellungsvermögen bestimmter Gruppierungen von Wissenschaftler. Entscheidet sich die Mehrheit der Wissenschaftler aus Mangel an Vorstellungvermögen für eine Anschauung die nicht der Wahrheit entsprich, so führt dies zu einer rein fiktiven Wissenschaft. Wie würden die Wissenschaften heute aussehen, hätten sich die Wellentheorien des Lichts und der Elektrizität gegenüber den Korpuskel Theorien durchgesetzt? Es gäbe mit Sicherheit kaum noch offene Fragen in Bezug zu dem Aufbau der Materie und des Universums. Und ich behaupte, dass sogar ein Erstklässler den einfachen Aufbau der Atome verstehen würde. Wir wissen aus unserer Erfahrung, dass etwas entweder ein festes, räumlich abgegrenztes Objekt ist, das eine Masse besitzt, oder aber eine Welle und als solche sich ohne natürliche räumliche Begrenzung ausbreitet. Dies war im Wesentlichen auch der Standpunkt der klassischen Physik des 19. Jahrhunderts, welche ebenfalls zwischen wellen und teilchenartigen Phänomenen unterschied. 4

5 Die traditionelle Vorstellung, das Elektron als Teilchen zu betrachten ist nicht ausreichend, um alle beobachteten Phänomene vollständig zu beschreiben. Es zeigte sich, dass man sowohl das Wellen- als auch das Teilchenmodell zur Beschreibung des Elektrons benötigt und dass keines von beiden allein ausreicht, um sein Verhalten vollständig zu beschreiben. Welle-Teilchen-Dualismus. Keine andere Entdeckung in der modernen Wissenschaft hat mehr Aufsehen erregt und zu philosophischen Debatten geführt, wie der Welle-Teilchen-Dualismus. Und keine Entdeckung wird populärwissenschaftlich so oft falsch erklärt, wie diese. Was steckt nun wirklich dahinter? Beginnen wir mit der seltsamen Dualität von Quantenobjekten. Die heutige Wissenschaft erklärt die Existenz des Lichts und der Elektronen gleichzeitig als Welle und als Teilchen. Eine Welle ist nichts was man anfassen kann und man kann eine Welle auch nicht herumtragen. Eine Welle ist kein Ding, sondern ein Bewegungszustand. Ein Teilchen dagegen ist etwas fassbares, beispielsweise ein Stein, oder eine Murmel. Wie kann dann ein quantenmechanisches Objekt gleichzeitig eine nichtgreifbare Welle und gleichzeitig ein greifbares Teilchen sein? Bild 1. Welle-Teilchen-Dualismus. 5

6 Um das zu verstehen, ist es nötig sich bildlich auszumalen welche Konsistenz die Kathodenstrahlen nach der Vorstellung von J. J. Thomson aufweisen. Wie im unteren Bild dargestellt, bewegen sich die Elektronen in geordneten Abständen in eine Richtung, im Falle der Kathodenstrahlen ausgehen von der Kathode hin zu der Anode. Bild 2. Lineare Bewegung der Elektronen. Das gleiche Bild lässt sich nach Vorstellung von Isaac Newton auf das Licht übertragen. Isaac Newton ( ) vertrat die Theorie, dass das Licht wie Schauer von Korpuskeln, etwa wie Regen oder Kugeln, die aus Gewehren abgefeuert werden angesehen werden muss. Am Anfang des 19. Jhd. zeigte aber Thomas Young ( ) in einem Doppelspaltexperiment, dass das Licht Interferenzen ähnlich der Interferenzen von Wasserwellen bildet. Damit war bewiesen, dass das Licht nicht aus Korpuskeln besteht, sondern eine Welle ist. George Paget Thomson ( ) entdeckte unabhängig von dem Amerikaner Clinton Joseph Davisson die Elektronenbeugung am Kristallgitter, ein Beweis für die Materiewellen-Theorie de Broglies. Hierfür erhielten beide den Nobelpreis für Physik Er sagt über das Elektron, es verhält sich so, wie man es von einer Licht oder Wasserwelle erwartet, es wird gebeugt und kann interferieren. Die Behauptung, das Elektron verhält sich wie eine Welle bezieht sich nicht auf das Elektron selbst sondern auf seine Bewegung im Raum. 6

7 Im unteren Bild ist dies deutlich dargestellt. Das Elektron bewegt sich in Schüben oder auch Wellen von der Kathode zur Anode. Bild 3. Wellen Bewegung der Elektronen. Um die wahre Natur der Elektrizität und des Lichts zu verstehen benötigt man einen kleinen Anteil an Vorstellungsvermögen. Entfernt man aus Bild 3: die Elektronen, die eigentlich aus nichts bestehen und lässt nur die Ladung des Elektrons übrig, welches nichts anderes als reine Energie oder Äther ist, so entsteht hier ein völlig neues Bild. Dieses neue Bild repräsentiert die wahre Natur der Materie. Elektrizität, Licht, Wärme und jegliche Strahlung, sind nichts anderes als verschiedene Manifestationen des Äthers. Der Äther ist eigentlich unsichtbar, geruchlos und man kann ihn auch nicht berühren, ihn fest halten, oder in ein Gefäß einschließen. Und doch ist Äther alles was wir sehen, riechen, schmecken, hören und fühlen. Es ist nicht der reine, statische Äther, sondern sein Erscheinungsbild, es sind die verschiedenen Manifestationen des Äthers, die wir sehen oder fühlen. Das Elektron, Proton, Neutron und somit auch all die anderen Subatomaren-Teilchen, sind rein fiktive Teilchen, in einer völlig fiktiven Wissenschaft, deren Existenz man in Frage stellen muss. Nach Occam's Razor soll man diejenige Theorie bevorzugen, die mit der geringsten Anzahl an Hypothesen auskommt und somit die einfachste Theorie darstellt. Es enthält ebenso die Forderung, für jeden Untersuchungsgegenstand nur eine einzige hinreichende Erklärung anzuerkennen. 7

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