Fair Is Foul, and Foul Is Fair: die Wellennatur der Materie

Die Linienspektren von Gasentladungsröhren erklärte Bohr, indem er postulierte, dass ein Elektron in einem Atom den Kern nur auf ganz bestimmten Bahnen umkreist, auf denen es keine elektromagnetische Strahlung aussendet. Übergänge zwischen diesen Bahnen erfolgen durch Aussenden oder Aufnahme von Photonen passender Energie. Sommerfeld erweiterte dieses Modell, indem er neben kreisförmigen auch elliptische Bahnen zuließ. Die Aufspaltung von Spektrallinien in Magnetfeldern wurde durch die Orientierung der Bahnebene sowie einen Eigendrehimpuls des Elektrons erklärt. Um nicht nur die Frequenzen, sondern auch die Intensitäten der Linienspektren zu erklären, verwarf Heisenberg die Vorstellung, dass Elektronen sich auf Bahnen bewegen, und führte die sogenannte Matrizenmechanik ein. Louis de Broglie entwickelte das Konzept der Materiewelle. Danach verhält sich jedes Materieteilchen wie eine Welle, deren Wellenlänge umgekehrt proportional zum Impuls (Produkt aus Masse und Geschwindigkeit) des Teilchens ist. Aus der de-Broglie-Beziehung leitete Heisenberg eine Unschärferelation her, die besagt, dass der Impuls und der Ort eines Teilchens nie gleichzeitig scharf definiert sind. Zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der Materiewelle oder Wellenfunktion in einem äußeren Kraftfeld leitete Schrödinger eine nach ihm benannte Gleichung her. Das Betragsquadrat der Wellenfunktion interpretierte Born als Wahrscheinlichkeitsdichte, ein Teilchen an einem gegebenen Ort vorzufinden. Durch die Messung bricht die Wellenfunktion auf einen Punkt zusammen. Das ist die Kopenhagener Deutung.