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Elektronen

Buchmesse in Leipzig vom 14. - 17. März 2013
A K V Arbeitskreis Kleinere Verlage im Börsenverein des Deutschen Buchhandels

Kernlose Elementarteilchen wie Elektronen und Neutrinos
Eine Begriffsbestimmung elementarer lokaler Existenzformen

Die für die gesamte Strahlung geltende Definition fasst zusammen: Strahlungen, elektromagnetische Stränge sind insofern Teilchen, als sie aus n aneinander hängenden Feldschlaufen (Feldschlingen) bestehen und eine geschlossene Ereigniskette mit Anfang und Ende bildet                     (Siehe die folgenden Lupendarstellungen).

Lupenstrangliureo
SinLupenstrang94Schlingen700

Strahlungen sind jedoch insofern keine (echten) Teilchen, als sie sich nie an einem Ort aufhalten können, sondern immer mit Lichtgeschwindigkeit durch alle Räume unserer Umgebung und durch die gigantischen Weiten des Kosmos vagabundieren müssen.

Hier aber sollen echte Teilchen definiert werden:  Echte Teilchen sind grundlegend anders, obwohl sie aus dem gleichen Baustoff (oder besser: ”Bau-Feld”)bestehen wie die Existenzformen der Objektkategorie Strahlung, die sich immer mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und nirgends stationär beheimatet ist.1 Alle echten Teilchen bestehen demnach aus eben solchen »Spiralfeldsträngen«, »Schraubenfeldsträngen«, »Quantensträngen«, »elektromagnetischen Strahlen«, Strings (letzteres bei kleinsten Dimensionen, QED) oder wie immer man den »zusammenhängenden Strang von Ereignissen« nach Erwin Schrödinger2 bezeichnen will.
Eine grundlegende Frage in der Finaltheorie »Spiralfeldmodell« war: "Was geschieht mit Licht in unvorstellbar hoch potenzierter Feldstärke, also in krümmenden Feldern, die weit stärker sind als am Rand der Sonne?" Antwort: Licht kann sich nicht nur um wenige Bogensekunden, sondern um viele Winkelgrade krümmen und, wenn sich ein Lichtstrahl um 360 Winkelgrade und mehr biegen lässt, dann kann ein und derselbe Lichtstrahl mit seinem Bug (seiner Nase) an sein eigenes Heck (sein Hinterteil) gelangen und dort phasengenau andocken. Wie in der Praxis ein geradeaus laufender Quantenstrang die Möglichkeit bekommt, in eine in sich zurücklaufende zyklische Figur einzumünden, wenn dieser dicht am gigantischen Feld des Atomkerns vorbeiläuft, zeigt die folgende Abbildung.

_Kernlose696

Solche Strangabschnitte lassen je nach den Entstehungsbedingungen aus »freier Strahlung« verschiedenste zyklische Figuren entstehen, wie z.B. Tori, Sättel oder Knoten. Erst dann bleibt Strahlung am Ort, bildet Masse und wird wägbar3, d.h. Strahlung wird zu körperlicher Materie oder - wie Werner Heisenberg formulierte - zur "Materie im eigentlichen Sinne".
Wenn dies mit einem so extrem eng gekrümmten Strang geschieht, dann entsteht ein in sich selbst umlaufendes, fast vollkommen geschlossenes physikalisches System und konstituiert ein echtes Teilchen (die etablierte Quantenphysik nennt das einen Selbstprozess mit Selbstenergie).4
Hier findet sich der Grund dafür, dass alle stationären Quantenobjekte aller Teilchen gemäss Bohrs Postulaten immer aus ganzzahligen Vielfachen eines Wirkungsquants bestehen (müssen). Ein Spiralfeldstrang kann nur dann stabil in sich selbst umlaufen, wenn er phasenexakt ein geschlossenes System bildet. Wenn das gegeben ist, besteht das Quantenobjekt aus einer geraden Zahl von Spiralfeldschlingen (Hauptquantenzahl). Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung echter Teilchen besteht darin, dass erst nach einer Mehrzahl von Umläufen des Spiralfeldstranges der Bug an das eigene Heck andockt. Letzteres muss durch Experimente und deutende Berechnungen verifiziert werden. Darin ist letztlich auch das andere Bohr-Postulat eingeschlossen, dass jede neue Konfiguration, die durch eine Störung verursacht wird, ebenfalls eine gerade Zahl von Feldschlingen, Spiralfeldschlaufen (Wirkungsquanten) annehmen muss.5
Dieser Gedanke ist entscheidend, um echte stationäre - allerdings kernlose - Teilchen aus »freier Strahlung« zu bilden. Erst auf diese Weise entsteht jene dynamische Stabilität, die man sich zu Beginn der Entwicklung der Quantenmechanik im Hinblick auf die makromechanischen Gesetze von Newton nicht erklären konnte. Das kann ebenso mit sichtbarem Licht geschehen wie mit jedem beliebigen Strahl einer anderen Frequenz (z. B. Röntgen- oder Gammastrahlung). Ein solcher Vorgang der Absorption eines Lichtquants, generiert – was das Entscheidende ist - augenblicklich Lokalität.
Der entgegengesetzte Vorgang, die Emission, geschieht durch eine äussere Störung (z. B. Strahlung, Hitze, mechanische Reibung) oder durch eine innere Störung (radioaktive Zerfallsreaktion). Jeder einzelne aufgerissene und aus einer geschlossenen zyklischen Figur frei werdende Feldstrang hat eine Richtung. Die detaillierten Ursachen dafür liegen in der Störung begründet. Diese Art der Emission ist also keine von einem Dipol abgestrahlte Kugelwelle, sondern im Sinne Einsteins, Paulis und Sommerfelds ein »Nadelstrahl«.7 Damals wurde sogar nach einer »Nadelstrahl-Elektrodynamik«8 gesucht. Ein Dipol ist schon ein Effekt auf höherem Niveau, bei dem infolge Resonanz von Materiekomplexen massenhaft geschlossene zyklische Figuren aufgerissen und »Nadelstrahlen« kugelförmig in zufällige Richtungen ausgesendet (abgeschüttelt) werden.
Die Quellen für die gewaltigen Mengen stationärer Teilchen im All einschliesslich der Atome und Atomkerne sind jedoch im Kosmos zu suchen. Sie könnten bei immer höherer Photonendichte in exotischen kosmischen Objekten zu finden sein, vielleicht in solchen, die kurz vor einem Supernovaausbruch stehen.
Alle Stränge innerhalb der zyklischen Figuren (Strukturen) in echten Teilchen bewegen sich ebenso "immer mit Lichtgeschwindigkeit" wie die »freie Strahlung« (ungebundene oder offene Strahlung). Allerdings ist für das »Spiralfeldmodell« daran zu erinnern, dass die Lichtgeschwindigkeit von der am jeweiligen Ort herrschenden Durchschnittsfeldstärke abhängt und deshalb nur bedingt konstant ist.9 Für den sonnennahen Weltraum ist klar, dass die Vakuumlichtgeschwindigkeit hier dem bekannten Wert entspricht und in etwa konstant ist. Aber innerhalb von Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen ist das grundlegend anders. Hier gibt es nirgends eine konstante Feldstärke. Jedes Atom und Molekül hat um sich herum extrem variierende Feldstärken, die am und im Atomkern besonders stark sind und erst mit dem Abstand nachlassen. Wenn man sich über die komplizierte Ultrafeinstruktur (Nanostruktur) der Materie mit den unzähligen Atomen und Molekülen klar ist, beginnt man zu ahnen, dass auch die Feldstärke eine Ultrafeinstruktur als Hülle der Materiestruktur hat, die ebenso kompliziert ist. Ich will Sie jedoch mit diesen Überlegungen nicht verunsichern, sondern nur auf die Abhängigkeit zwischen Materiestruktur und Feldstruktur aufmerksam machen. Was wir für bestimmte Substanzen als Lichtgeschwindigkeit messen, sind durchschnittliche Werte, die aber im minutiösen Detail beim Durchgang eines Quantenstranges (Monostrahls, Spiralfeldstranges) durch die Ultrafeinstruktur (Nanostruktur) in Gasen, Flüssigkeiten und festen Stoffen ununterbrochen wechseln. Sichere Durchschnittswerte verdanken wir einzig der riesenhaften Anzahl der Atome und Moleküle.
Schon wenn sich ein einzelnes kernloses echtes Teilchen konstituiert, vermindert sich die Lichtgeschwindigkeit des umlaufenden Quantenstranges; denn dadurch konzentriert sich das vorhandene Eigenfeld auf ein kleineres Volumen und die Feldstärke steigt an diesem Ort. Die Frequenz n bleibt konstant, aber die Wellenlänge l wird mit zunehmender Feldstärke kleiner. Wäre das nicht so, dann würde kein Strang in ein Atom oder Molekül hineinpassen, wie man leicht nachrechnen kann.
Für ein Elektron10 die Struktur zu ermitteln, galt als erst in fernster Zukunft erreichbar.11 Wenn ein Elektron – wie in Experimenten bestätigt12 - tatsächlich ein echtes Teilchen ist, dann hat es nach meinen Überlegungen die Form einer der oben beschriebenen zyklischen Figuren aus Spiralfeldstrang und keinen Kern. Damit besteht es in seinem Innern aus spiralem (schraubenförmigem) Quantenstrang.
Unterschiedliche Arten von Elektronen rühren daher, dass sie von verschiedenen Arten von Quantensträngen aufgebaut sind, welche ausserdem unterschiedliche Länge haben (können).13 Freie Elektronen haben ein hohes Energieniveau (Röntgen- und Gammastrahlung).14 Das aber, was um die Atome herum als die verschiedenen Spektren des Periodischen Systems der chemischen Elemente kreist (Schalen), hat ein viel geringeres Energieniveau (Erweiterter Bereich um die Dimension des sichtbaren Lichtes). Grundlage der hier vertretenen Definition ist aber nicht in erster Linie das Energieniveau, sondern die phasengenau in sich kreisende Strahlung. Jeder Quantenstrang hat dabei eine bestimmte Frequenz, einen bestimmten Drehsinn und eine bestimmte hohe Zahl von Feldschlingen (Spinrotationen). Diese Deutung hält sowohl dem Wissen der um den Atomkern kreisenden Elektronen als auch dem Wissen über freie Elektronen und Kernelektronen stand.15 Hüllenelektronen sind gross16 und haben bei geringer Frequenz wenig Energieinhalt. Die Separatelektronen sind klein17 und haben bei hoher Frequenz eine weit höhere innere Energie.
Eine Gruppe kleinster Teilchen, die durch Physiker nur vage beschrieben wird und die ich für echte Teilchen halte, sind die Neutrinos.18 Sie sind nach meinem Verständnis auf die gleiche Weise aufgebaut wie freie Elektronen (Separatelektronen), aber aus  z w e i   zyklischen Figuren mit gegenläufiger Rotationsrichtung des Spin und gegenläufiger Rotationsrichtung des Gesamtobjekts. Die einlaufende Rotation des jeweiligen Spins lässt Ladung entstehen und bindet die beiden zyklischen Figuren (in der Abbildung Tori) aneinander. Aus diesem Grunde sind sie als Quantenobjekte äusserlich neutral und lassen sich nur unter schwierigsten Bedingungen experimentell nachweisen.19

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1) Die Strahlungen wurden in älteren Werken "Imponderabilien" (unwägbare Lichtstoffe) genannt. Echte Teilchen hingegen zählen zu den "Ponderabilien" (wägbare Stoffe).

2Erwin Schrödinger:  "Nach dieser Auffassung ist Materie die Benennung für einen zusammenhängenden »Strang« von Ereignissen, die sich zeitlich aneinanderreihen, wobei unmittelbar aufeinander folgende im allgemeinen engste Ähnlichkeit haben."
 »Was ist ein Naturgesetz?« mit Antrittsrede an der UNI Zürich 1922, München / Wien 1962

3) Die Eigenschaft "wägbar" ist hier nicht im Sinne eines technischen Wägens gemeint, sondern im Sinne von "ein Gewicht zuschreiben können", und das ist bei einem Strahl (ob Licht oder eine andere elektromagnetische Welle) nun wirklich nicht möglich.

4) Walter Greiner:  "Vakuumpolarisation, Selbstenergie und anomales magnetisches Moment … werden wir feldtheoretische Effekte kennenlernen, die kleine, aber messbare Abweichungen von der Coulombwechselwirkung der Elektronen bzw. Myonen mit dem Kern verursachen. Zu ihnen gehören die Vakuumpolarisation, die Selbstenergie und das anomale magnetische Moment."
"Theoretische Physik", Bd. 6: Relativistische Quantenmechanik und Wellengleichungen, Thun / Frankfurt/M., 1977-82, S. 390

5) An dieser Stelle sei betont, dass das für freie (ungebundene, offene) Strahlung, d.h. für geradeaus oder leicht gekrümmt laufende Spiralfeldstränge nicht gilt. Wenn die Natur oder die Technik Stränge zerschneidet, dann erfolgt das willkürlich ohne Rücksicht auf die Phasenlage im Strang.

6) Paul Adrien Maurice Dirac:  "So ist z.B. der Versuch aussichtslos, auf der Grundlage der klassischen Vorstellungen die merkwürdige Stabilität der Atome und Moleküle zu erklären, die jedoch andererseits unentbehrlich ist, um zu verstehen, dass die Stoffe bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften haben."
 »The Principle of Quantum Mechanics«, Oxford 1930
 dtsch: Werner Bloch: "Die Prinzipien der Quantenmechanik", Leipzig, 1930/35//47-49/58, Seite 1

Werner Heisenberg"Allerdings konnte dieses Modell zunächst gerade eine der am meisten charakteristischen Eigenschaften des Atoms, nämlich seine enorme Stabilität, nicht erklären. Kein Planetensystem, das den Gesetzen der Newtonschen Mechanik folgt, würde jemals nach dem Zusammenstoss mit einem anderen derartigen System in seine Ausgangskonfiguration zurückkehren."
»Physics and Philosophy«, Harper & Brothers, New York 1959
“Physik und Philosophie“, Hirzel Stuttgart 1972 / 1978, Seite 16

und weiter:  "Denn wir berechnen zwar eine Bahn nach der klassischen Newtonschen Mechanik, dann aber geben wir ihr durch die Quantenbedingungen eine Stabilität, die sie nach eben dieser Newtonschen Mechanik nie besitzen dürfte…"
und über ein Gespräch mit Niels Bohr:  "»Wir müssen erwarten«, meinte Bohr, »dass die Paradoxien der Quantentheorie, die unverständlichen Züge, die mit der Stabilität der Materie zusammenhängen, mit jeder neuen Erfahrung in ein immer stärkeres Licht treten. Wenn dies geschieht, so kann man hoffen, dass sich im Laufe der Zeit neue Begriffe bilden, mit denen wir auch diese unanschaulichen Vorgänge im Atom irgendwie ergreifen können. Aber davon sind wir noch weit entfernt.« Bohrs Gedankengänge verbanden sich für mich mit der … Ansicht, dass die Atome keine Dinge seien. Denn obwohl Bohr so viele Einzelheiten von der inneren Struktur der chemischen Atome zu erkennen glaubte, waren die Elektronen, aus denen ihre Atomhüllen bestanden, offenbar keine Dinge mehr; jedenfalls keine Dinge im Sinne der früheren Physik, die man ohne Vorbehalte mit Begriffen wie Ort, Geschwindigkeit, Energie, Ausdehnung beschreiben könnte. Ich fragte daher Bohr»Wenn die innere Struktur der Atome einer anschaulichen Beschreibung so wenig zugänglich ist, wie Sie sagen, wenn wir eigentlich keine Sprache besitzen, mit der wir über diese Struktur reden könnten, werden wir dann die Atome überhaupt jemals verstehen?« Bohr zögerte einen Moment und sagte dann»Doch. Aber wir werden dabei gleichzeitig erst lernen, was das Wort  >verstehen<  bedeutet.«"
 "Der Teil und das Ganze", R. Pipers & Co Verl. München 1969, Seiten 55/62
Das »Spiralfeldmodell« enträtselt die Paradoxien der Quantentheorie bietet eine Anschauung für deren Strukturen und lässt uns in gewohnter Sprache die Vorgänge analysieren. Das Problem der Stabilität der Quantenobjekte ist im phasenexakten Umlauf der Quantenstränge begründet und hat nichts mit Newtons Gesetzen zu tun.

7Hans Thirring: "Nun zeigte weiters der lichtelektrische Effekt und seine Deutung durch Einstein, dass die Lichtquanten (Photonen) statt sich in Kugelwellen von der Erregerquelle auszubreiten, wie es die Maxwellsche Theorie forderte, beim Auslösen eines Elektrons aus einer Metalloberfläche ihre gesamte Energie   auf ein einzelnes getroffenes Atom entladen, dass also das Photon wie eine »Nadelstrahlung« oder wie ein einzelnes Teilchen von der Energie  h  und mit dem Impuls  h/c  wirkt."
 "Der Weg der theoretischen Physik von Newton bis Schrödinger", Wien1962, Seite 14

8) 1922 schrieb Arnold Sommerfeld an Niels Bohr: "Ich bin zwar ganz davon durchdrungen, dass Ihr Weg der richtige ist - wenn Sie … die Periodenzahlen 2, 8, 18,… mathematisch nachkonstruieren können, so ist das ja die Erfüllung der kühnsten Hoffnungen der Atomphysik -. Ich bin aber ketzerisch genug zu denken, dass das eines Tages noch auf einem anderen weniger formalen einheitlicheren Weg möglich sein wird. Allerdings erst dann, wenn man die kontinuierliche Elektrodynamik durch eine nadelförmige ersetzt haben wird."
 "Niels Bohr - Leben und Werk eines Atomphysikers 1885-1962", hsg U. Röseberg, Berlin 1985/87, S. 339/340

und an Albert Einstein: "Ich habe mir inzwischen wunderbare zahlenmässige Gesetze von Liniencombinationen im Anschluss an Paschen'sche Messungen mir klargemacht … Alles klappt, bleibt aber doch im tiefsten Grunde unklar.* Ich kann nur die Technik der Quanten fördern. Sie müssen ihre Philosophie machen. Innerlich glaube ich auch nicht mehr an die Kugelwelle (In den anomalen Zeemaneffekten steckt übrigens auch eine Portion Aufgeben der Undulationstheorie)."      *) Das ist letztlich bis heute unklar geblieben
 "Albert Einstein / Arnold Sommerfeld Briefwechsel", Basel/Stuttgart, 1968, Seite 97 

9Wichtigste Grundlage dafür ist die These, dass das »Allgemeine Physikalische Feld« seine Quelle in den Spiralfeldschlingen der Quantenstränge (Spiralfeldstränge) selbst hat.

10) Arnold Sommerfeld: "Ob ich es noch erleben werde, dass das Elektron nicht mehr ein Fremdling in der Elektrodynamik ist, wie Sie etwa 1908 einmal gesagt haben??"
Diese Formulierung hatte Einstein 1909 geprägt: A. Einstein: >Zum gegenwärtigen Stand des Strahlungsproblems<
in: Phys. Ztschr. Heft 10,1909, S.192; "Albert Einstein / Arnold Sommerfeld Briefwechsel", Basel/Stuttgart, 1968, Seite 118

11Gerd Rudlof / Heinz Ulbricht:  "Die experimentelle Untersuchung der Struktur des Vorgangs »Elektron« stellt nach Röseberg ein physikalisches Problem der fernen Zukunft dar."
Ulrich Röseberg ›Philosophischer Atomismus und moderne Hochenergiephysik‹, Seminar theoretische Physik, Sitzungsber. Nr. 8, Dresden 1980, Seite 12
 "Es gibt keine Hinweise auf die Struktur der Elektronen. Auch über den Ursprung der Ladung ist nichts bekannt."
 Peter Rennert, Hsg. "Kleine Enzyklopädie Physik", Leipzig1986, 1988, Seite 276

12) Paul A. Tipler / Ralph A. Llewellyn: "Die Entdeckung des Elektrons:  J. J. Thomsons Experiment"
 "Moderne Physik", Oldenbourg Verlag München Wien 2003, Seite 143

13Eine Berechnungsmöglichkeit des phänomenologisch beschriebenen Feldes habe ich noch nicht finden können, die vielleicht Aufschluss gäbe, mit welcher Hauptquantenzahl ein solches kernloses Quantenobjekt stabil umläuft.

14"Der Compton-Effekt", >Moderne Physik<, Oldenbourg Verlag, München Wien 2003, Seite 172

15Lev Borisovič Okun:  "… räumliche Ausdehnung des Elektrons … nicht gelang, den Radius des Elektrons zu messen. Mit Sicherheit ist nur bekannt, dass er kleiner ist als 10-16 cm [=10-18m]. Gewöhnlich bezeichnet man deshalb das Elektron als punktartiges Teilchen."
 "Elementarteilchen von 0 bis Z - Eine anschauliche Einführung", AkademieVerlag Berlin 1987, Seite 13

16) Als Atomdurchmesser gilt schon seit Niels Bohr die Dimension um 10-10 m

17Ältere Physikbücher weisen den »Klassischen Elektronenradius« mit 2,818∙10-15 m aus. In modernen Physikbüchern (z.B. zweites unten) wird die Grösse der Elektronen wegen des Welle-Teilchen-Dualismus und wegen der DeBroglie-Wellenlänge der Elektronen nicht mehr diskutiert. Das ist auch deshalb kein Wunder, weil der Terminus »Elektron« zurzeit für grundverschiedene stationäre Quantenobjekte verwendet wird. Nach Schrödinger und »Spiralfeldmodell« sind das Stränge aus Mini-Ereignissen (oder Pico-Ereignissen), die einander gleichen. Demnach hängt die Grösse des Gesamtobjekts nicht nur von der Art der Strahlung ab, sondern auch von der zyklischen Figur des betreffenden Stranges. Für Stränge, die um Atome und Moleküle kreisen, ist die Dimension mit um 10-10 m klar. Bei Separatelektronen und Elektronen im Atomkern liegen ganz andere Verhältnisse vor. Für solche Stränge werden  (wenn überhaupt)  Dimensionen um 10-18 m und noch weit kleiner angeführt (genannt sind z. B. bis zu 10-32 m).
Die Haltung der modernen Physik geht auf die Grundannahme der Kopenhagener Deutung zurück, welche alle Quantenobjekte als 'unreal', als nur 'virtuell existent' scharf gegen die Makromechank abgrenzte (abgrenzen musste). Beim »Spiralfeldmodell« werden die Termini 'unreal' und 'virtuell existent' durch 'feldartig real' ersetzt, aber auch das »Spiralfeldmodell« muss sich scharf gegen die Makromechank von Newton abgrenzen.
"Kleine Enzyklopädie – Atom – Struktur der Materie", VEB Bibliographisches Institut Leipzig 1970/1982, S. 86
Gerthsen: "Physik – Ein Lehrbuch … neben Vorlesungen", Springer-Verl. Berlin/Heidelberg (1956-93), 17.Aufl.

18"Ringprozesse können sich abstossen oder mässig anziehen und Elektronenlinien (elektrische Strömung) sowie Atom- oder Molekülreihen bilden. Sie können sich aber auch extrem stark anziehen und die Neutralität manifestieren (Neutronen, Neutrinos).* Auf dieser Basis verstehe ich das Ausschliessungsprinzip von Wolfgang Pauli. Ich illustriere dies in Kurzschrift mit dem UND-Zeichen @ von André Marie Ampère:   – –; …–@–@–@–@–@…; @@."
"Finaltheorie – Spiralfeldmodell", Verl. Techn.-Wissenschaftliches Büro 2005, Seite 11 (bzw. 45) 
*) oben letzte Abb.

19"Neutrino elektrisch neutrales, stabiles Elementarteilchen ... Während man bisher das N.[eutrino] wie das Photon als (im unbewegten Zustand) masselos ansah, könnte es nach neuesten Forschungsergebnissen doch eine Masse haben.
Das N.[eutrino] zeigt mit anderer Materie nur eine sehr geringe Wechselwirkung und entzieht sich deshalb weitgehend der Beobachtung; seine Existenz wurde theoretisch gefordert (W. Pauli 1931, E. Fermi 1934), um den Betazerfall des Neutrons erklären zu können. Dabei entstehen ein Elektron und ein Antineutrino ne. N.[eutrino] und Antineutrino unterscheiden sich lediglich durch die Richtung ihres Spins bezüglich ihrer Bewegungsrichtung …"
"Goldmann Lexikon", Hsg. Bertelsmann, Lexikographisches Institut München …1998, Band 16, Seite 7043

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