breakplaining: Tunneln //1752

Ursprünglich wollte ich den Tunneleffekt mit einem anderen Ansatz erklären. Aber dann hätte ich vorher noch Potentialtopf, davor (konservatives) Potential und davor noch Kraftfeld erklären müssen. Das hätte zuweit geführt. Also versuche ich es anders.

Im klassischen (Bohr’schen) Atommodell eines Wasserstoffatoms wird das elektrisch negativ geladene Elektron in der Hülle durch die Coulombkraft vom positiv geladenen Kern angezogen. Das Zusammenspiel mit der Zentripetalkraft zwingt es auf eine Kreisbahn.
Klassisch betrachtet ist dieses Elektron also immer in einem festen Abstand (der von der Energie des Elektrons abhängt) zum Kern. Die Quantenmechanik beschreibt nun, dass es sich dort nur mit einer gewissen Aufenthaltswahrscheinlichkeit befindet, die bei diesem Radius halt maximal wird.

Experimente (mit anderen Konstellationen) legen nun nahe, dass das Elektron sich manchmal irgendwo aufhält, wo man es eigentlich gar nicht erwarten würde. Beispielsweise indem es gleichzeitig durch zwei Spalte hindurchpassiert, oder indem es sich in einem Halbleiter gleichzeitig in zwei Löchern aufhält. Hier ist der Welle-Teilchen-Dualismus zu erkennen.
Jetzt gibt es aber auch Fälle, in denen man ein Teilchen irgendwo nachweist, wo es sich aus energetischen Gründen gar nicht befinden dürfte (z.B. dürfte beim Alpha-Zerfall das Alphateilchen gar nicht aus dem Kern herauskommen). Die Energieerhaltung erscheint dadurch verletzt zu sein. Nach Heisenberg darf die Energieerhaltung aber sogar innerhalb eines kurzen Zeitraums verletzt sein, solange dieser innerhalb einer gewissen Unschärfe liegt.

Das Phänomen, dass sich Teilchen (kurzzeitig) dort befinden, wo sie eigentlich nicht sein dürften, nennt man Tunneleffekt. Das Teilchen kann einen Potentialwall nicht überwinden, also „tunnelt“ es hindurch, als würde ein Tunnel durch diesen Wall existieren.

Im übertragenen Sinne bedeutet „Tunneln“ das (definierte) Brechen von Regeln (was in der Nerdszene gelegentlich bei bestimmten Spielen eingesetzt wird). Vorgaben werden flexibel und kreativ ausgelegt.
Tunneln eröffnet also zusätzliche Möglichkeiten, die sonst nicht erreichbar wären.