11. – 13. Schuljahr

Elisabeth Uhl

Verfilmen bedeutet Interpretieren

Interpretation der Quantenphysik mithilfe eines Films über das Doppelspaltexperiment

Wenn der Doppelspalt im Mittelpunkt einer Unterrichtsreihe über Quantenphysik steht, ist es kaum zu vermeiden, dass die Schülerinnen und Schüler auch Erklärvideos dazu aus dem Internet anklicken. Was bei klassischen Themen durchaus helfen kann, sorgt in der Quantenphysik oftmals für zusätzliche Verwirrung.
So erging es auch einer Schülerin in meinem Unterricht: „Das kann doch nicht sein, oder? Die Schülerin hatte eine Animation gesehen, bei der ein als Kugel dargestelltes Elektron auf einen Doppelspalt geschossen wird. Kurz vor dem Spalt ist zu sehen, wie sich das Elektron teilt. Jedes der beiden Elektronen fliegt durch einen anderen Spalt. Dahinter vereinen sie sich wieder.
Die Verwirrung der Schülerin ist allzu verständlich. Denn man kann sich kaum anschaulich etwas vorstellen, das in der Welt der klassischen Physik unmöglich ist. Außerdem ist die Darstellung fragwürdig. Das wiederum liegt daran, dass in Fragen der Quantenphysik Darstellung und Interpretation zwangsläufig zusammenfallen. Aber wie kann man den Effekt am Doppelspalt anders darstellen? Wie kann man ihn richtig darstellen? Was ist überhaupt richtig? Gibt es eine richtige Darstellung? Darauf hat die Physik noch keine abschließende Antwort. Es kommt darauf an, wie man die Quantenphysik interpretiert. Darstellung und Interpretation fließen ineinander. Die vorgestellte Unterrichtsstunde basiert genau auf dieser Erkenntnis.
Grundkonzeption der Unterrichtsstunde
Die Schülerinnen und Schüler lernen in der hier beschriebenen Unterrichtsstunde drei Interpretationen kennen:
  • die Kopenhagener Deutung,
  • die statistische Deutung und
  • die Viele-Welten-Theorie.
Ihre Aufgabe ist es, in drei Gruppen für das oben erwähnte Internetvideo ein überarbeitetes Drehbuch bzw. Storyboard zu schreiben, das jeweils auf einer der Deutungen beruht.
Für die Schülerinnen und Schüler ist die wichtigste Voraussetzung, dass sie das Doppelspaltexperiment durchdrungen haben. In meinem Unterricht steht dieses Experiment sowohl im Grundkurs als auch im Leistungskurs im Mittelpunkt einer drei- bis vierwöchigen Reihe über Quantenphysik, in der wir uns hauptsächlich mit dem „seltsamen Verhalten verschiedener Quantenteilchen am Doppelspalt beschäftigen.
Die hier vorgestellte Stunde schließt an diese Reihe an und bildet den Einstieg in die Interpretation der Quantenphysik. Die Schülerinnen und Schüler erwerben nicht nur neues Fachwissen, sondern sie können auch ihren Umgang mit den Medien überdenken und etwas über die Methoden in der Physik lernen.
Zum ersten Mal gibt der Physikunterricht keine eindeutige Antwort. Konkurrierende Modelle bleiben nebeneinander stehen. Die Interpretation der Quantenphysik bietet die Chance, die Schülerinnen und Schüler mit Forschungsproblemen zu konfrontieren und sie dafür zu sensibilisieren, wie Wissenschaft funktioniert.
Didaktische Reduktion
Seit die Gesetze der Quantenphysik erforscht werden etwa seit der Jahrhundertewende , machen sich Physikerinnen und Physiker Gedanken darüber, wie man die dahinter stehende Mathematik zu deuten habe. Seit dieser Zeit sind unzählige Interpretationsmöglichkeiten erörtert worden. Für den Unterricht halte ich die Beschränkung auf drei konkurrierende Modelle für sinnvoll. Dabei habe ich darauf geachtet, dass sie sich in wichtigen Interpretationsproblemen unterscheiden. So können diese in der Stunde durch Vergleich der drei Deutungen erarbeitet werden:
1. Stichwort: Realität
  • Ist ein Quantenobjekt genauso real wie ein klassisches Teilchen?
Konkret: Ist ein Quantenteilchen, beispielsweise ein Elektron, das ich auf den Doppelspalt schieße, genauso real wie eine Murmel, die ich auf zwei Löcher zurollen lasse?
2. Stichwort: Lokalisation
  • Behalten klassische Begriffe wie die Teilchenbahn in der Quantenphysik ihre Gültigkeit?
Konkret: Kann man einen Weg für das...

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