Tunneleffekt und Stromleitung

Prüfung einer Weitergabe-These gegen die Messlage

Kurzfassung

Das Papier prüft drei verbreitete Aussagen und eine eigene Gegenthese. Die Aussagen lauten: Ein Teilchen könne eine Wand durchdringen; wer oft genug gegen eine Wand laufe, komme irgendwann hindurch; wie Strom fließe, wisse niemand. Die Gegenthese lautet: Beim Tunneln geht kein Teilchen durch die Barriere, sondern ein Anstoß wird wie bei einer Dominokette weitergegeben, und auf der anderen Seite löst sich ein anderes Teilchen.

Ergebnis: Der Tunneleffekt ist als Messbefund gesichert. Die Aussage über die Wand ist eine formale Hochrechnung außerhalb des geprüften Bereichs; vom Nanometer lässt sich aus zwei Gründen nicht auf die Wand schließen. Die Weitergabe-These hält als Ersatz für den Tunneleffekt nicht, weil Tunneln auch durch leeren Raum gemessen ist und Gleichstrom trägt. In zwei rechnerischen Fassungen beschreibt sie jedoch reale Transportwege durch materiegefüllte Barrieren: Der Stoff in der Barriere senkt die Abklingkonstante messbar. Zutreffend ist außerdem, dass bei Elektronen die Frage nach „demselben Teilchen" nicht definiert ist und dass im Stromleiter das Signal weitergegeben wird, während die Ladungsträger sehr langsam wandern. Die Stromleitung in Metallen ist gut verstanden; ungenau sind die üblichen Schulbilder.

Gliederung

1 Ausgangsfragen
2 Übersicht
3 Drei Ebenen: Messung, Modell, Deutung
4 Wie die Theorie entstand
5 Was gemessen ist
6 Verbreitete Fehlbilder
7 Warum sich der Effekt nicht auf die Wand hochrechnen lässt
8 Die Weitergabe-These
9 Stromleitung
10 Dauer des Tunnelns
11 Offene Punkte
12 Nachvollziehbarkeit

Abbildungen / Figures

Größenordnungen der Tunnelwahrscheinlichkeit / orders of magnitude

Geschwindigkeiten im Leiter / velocities in a conductor

Abklingkonstanten verschiedener Medien / decay constants of media

Deutungen im Vergleich / interpretations compared

Weitergabe über Brückenzustände / transfer via bridge states

Fachpapier, Rechner, Handbuch

Fachpapier DE/EN im Angebot; Leseprobe (PDF). Der Tunnel-Rechner zeigt Näherung und exakten Wert der Rechteckbarriere; Handbuch.

EN · Abstract

This paper examines three common statements and one counter-hypothesis. The statements are: a particle can pass through a wall; anyone who runs into a wall often enough will eventually get through; nobody knows how current flows. The counter-hypothesis is: in tunnelling no particle crosses the barrier; instead a push is handed on as in a row of dominoes, and a different particle is released on the far side.

Result: tunnelling is established as a measured fact. The statement about the wall is a formal extrapolation outside the tested range; for two reasons the nanometre scale does not carry over to the wall. The relay hypothesis does not hold as a replacement for tunnelling, because tunnelling is also measured through empty space and carries direct current. In two quantitative versions, however, it describes real transport paths through matter-filled barriers: the medium in the barrier measurably lowers the decay constant. It is also correct that for electrons the question of "the same particle" is undefined and that in a conductor the signal is handed on while the charge carriers move very slowly. Conduction in metals is well understood; it is the usual school pictures that are imprecise.