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Ein Artikel aus der Quantenforschung:

Einführung in Quantenmechanik 

 Man hört ja so viel über Quantenmechanik und ihre Mysterien: den überlichtschnellen Tunneleffekt, die Unschärferelation, Materiewelleninterferenz, das EPR-Paradoxon, Hawking's Zerfallstheorie der Schwarzen Löcher...  Diese popularwissenschaftliche Einführung soll klarmachen, daß nicht die Quantenmechanik selbst mysteriös ist, sondern höchstens einige ihrer Interpretationen! 

Ist ein Elektron jetzt ein Teilchen oder eine Welle?

Weder noch.

Ein Elektron ist keine klassische Billardkugel, deren zukünftige Bahn aus ihrem jetzigen

Bewegungszustand sich vorausberechnen läßt. Es ist aber auch keine oszillierende gaußförmige

Dichtewolke, die mit der Zeit (Dispersion) auseinanderfließt.

 

Und wie ist das mit der Selbstinterferenz?

Wenn ein einzelnes Elektron durch den Doppelspalt fliegt, gibt es auf dem Schirm einen Lichtblitz. Die

bekannt Intensitätsverteilung entsteht erst, wenn viele Elektronen den Spalt passiert haben und man über

die Lichtblitze mittelt. Die vielen Elektronen bilden dann die statistische Gesamtheit. 

 
Woher 'weiß' das einzelne Elektron, daß da ein zweiter Spalt in der Nähe ist?

Mal abgesehen von der Problematik mit dem Wort "wissen":

Wieviele Spalte vorliegen weiß nicht das einzelne sondern die statistische Gesamtheit aller Elektronen,

die links und rechts durchgeflogen sind. 


Was versteht man unter "Kollabieren der Wellenfunktion"?

In der Frühzeit der Quantenmechanik wurde der Gedanke verfolgt, daß beispielsweise hinter dem

Doppelspalt in dem Elektron beide Möglichkeiten, nämlich links durchgegangen zu sein oder rechts, als

kohärente Überlagerung von zwei Zuständen präsent seien; erst eine Ortsmessung würde das Elektron

zwingen, sich nachträglich für einen dieser Zustände zu entscheiden, indem es den anderen aus der

Überlagerung hinausprojeziert: seine Wellenfunktion "kollabiert".

In der heutigen Quantenmechanik ist die Frage nach dem Zustand eines Elektrons obsolet geworden. 

 
Einen gewissen Wendepunkt auf dem Wege zur Klärung der quantentheoretischen Grundlagen stellte die von

Bohr gemeinsam mit Hendrik Antony Kramers und John Clarke Slater 1924 verfaßte Arbeit 'The Quantum

Theory of Radiation' dar, in der angenommen wurde, daß die Sätze von der Impuls- und Energieerhaltung

nur statistische Gültigkeit besäßen. Daß diese Annahme nicht zu halten war, zeigten sehr bald die Experimente

von Hans Geiger und Walter Bothe sowie von Arthur Holly Compton und Alfred W. Simon, die nachwiesen,

daß die Erhaltungssätze auch den einzelnen Elementarprozeß beherrschen.

 
Im Anschluß an diese Arbeit gelang Werner Heisenberg 1925 die Formulierung der Quantenmechanik. Damit

trat die Quantentheorie in ihr Schlußstadium. Es folgten nun rasch aufeinander: 1926 Erwin Schrödingers

Wellenmechanik und Max Borns Interpretation der Wellenfunktion, 1927 Heisenbergs Unschärferelation

und Bohrs Vorstellung der Komplementarität. Die Unschärferelation und die Idee der Komplementarität

stellen den Inhalt der sog. 'Kopenhagener Deutung der Quantentheorie' dar. Sie gingen hervor aus Bohrs

und Heisenbergs - Heisenberg war damals Lektor am Kopenhagener Institut Bohrs - gemeinsamem Bemühen

um eine widerspruchsfreie Formulierung der Theorie. Während Heisenberg dabei zu dem Ergebnis geführt

wurde, daß der Genauigkeit, mit welcher kanonisch konjugierte Größen (wie Ortskoordinaten und Impuls)

gleichzeitig gemessen werden können, durch die Natur im Planckschen Wirkungsquantum eine Grenze gesetzt

ist, kam Bohr zu der Ansicht, daß die Natur zu ihrer vollständigen Beschreibung den Gebrauch sich zwar

gegenseitig ausschließender, sich aber andererseits gegenseitig ergänzender (zueinander komplementärer)

Vorstellungen zuläßt (wie z.B. im Teilchen/Welle-Dualismus des Lichtes und der Materie). Bohr hat diesen

Gedanken später auch in gewisse Bereiche der Biologie und Philosophie übertragen, indem er daraufhinwies,

wie auch dort zur Erfassung von bestimmten Sachverhalten komplementäre Betrachtungsweisen angewandt

werden. Nach Lösung des Problems der Meßbarkeit der elektrodynamischen Feldgrößen (1931 -1933)

beschäftigte sich Bohr 1936 - 1943 mit Fragen der Kernphysik .

 

Was ist Quantenmechanik?

 

Obwohl die Anfänge der Quantenmechanik bis in die 20er Jahre (Bohr, Sommerfeld) zurückreichen, gehen bis

heute die Auffassungen auseinander über die sogenannte "Interpretation der Quantenmechanik". Um

Mißverständnisse zu vermeiden, sollte daher nicht von der Quantenmechanik gesprochen werden sondern stets

dazu gesagt sein, welche Interpretation gemeint ist; beispielsweise die der Kopenhagener Schule , dieTeilchendichte-Interpretation, diejenige von David Bohm, die Schrödingersche Materiewellen-Theorie oder die Bornsche Interpretation.

 

Eine herausragende Rolle spielt die Quantenmechanik nach Ludwig , eine Verfeinerung der von

Neumannschen Interpretation, in der zahlreiche Paradoxien  der anderen Interpretationen nicht

mehr auftauchen.


Die Grundlage der Dr. Bilz Forschung bilden die Erkenntnisse der Quantenmechanik nach Ludwig, sowie die Schrödingersche Matrienwellentheorie, die Heisenbergsche Unschärferelation sowie die  Bohrsche Interpertation.



Litteratur :

Auf der Suche nach Schrödingers Katze. Quantenphysik und Wirklichkeit. -- John Gribbin;

 
 Schrödingers Katze. Einführung in die Quantenphysik. -- Brigitte Röthlein; 

 
Atom- und Quantenphysik. -- Hermann Haken, Hans Christoph Wolf; Gebundene Ausgabe

Atom- und Quantenphysik.  von Hermann Haken, Hans Christoph Wolf


Berkeley Physik Kurs, Bd.4, Quantenphysik  von Eyvind H. Wichmann 

 
Der Geist im Atom. Eine Diskussion der Geheimnisse der Quantenphysik.  von Paul C. W. Davies, Julian R. Brown


Der Glanz von Kopenhagen. Geistige Perspektiven der modernen Physik.  von Jos Verhulst 

Eine kleine Quantenphysik. Quantenmechanik, Relativistik, Quantenoptik.  von Viktor Hund, u. a.

Nicht-ganzzahlige Maslov- Indizes. Die Reflexionsphase in der WKB Wellenfunktion.  von Johannes Trost

Non- Standard Computation.  von Tilo Gramß, u. a.

Oscillator Representation in Quantum Physics.
Physik, Bd.3, Optik, Quantenphänomene und Aufbau der Atome  von Wolfgang Zinth, Hans-Joachim Körner
Quantenphysik im Überblick.  von Volker A. Weberruß 

Quantenphysik und statistische Physik.  von Marcelo Alonso, Edward J. Finn 
 

 Quantenphysik.  von Stephen Gasiorowicz

Quantum Transport and Dissipation.  von Thomas Dittrich, u. a.

Quantum. The Quantum Theory of Particles, Fields and Cosmology.  von Edgard Elbaz

Rechenmethoden der Quantentheorie.  von Siegfried Flügge

Reduktion physikalischer Theorien, Tl.1, Grundlagen und elementare Theorie  von Erhard Scheibe

Die Reduktion physikalischer Theorien, Tl.2, Inkommensurabilität und Grenzfallreduktion  von Erhard Scheibe

Supersymmetric Methods in Quantum and Statistical Physics.  von Georg Junker 

Supersymmetry and Equivariant de Rham Theory.  von Victor W. Guillemin, Shlomo Sternberg

Vieweg Studium, Nr.83, Physik kompakt, Quantenphysik  von Gunnar Lindström, Rudolf Langkau

 The Physics of Atoms and Quanta. Introduction to Experiments and Theory.  von Hermann Haken, Hans C. Wolf

Quantum Physics. A Functional Integral Point of View.  von James Glimm, Arthur Jaffe 

The Theory of Quark and Gluon Interactions.  von F. J. Yndurain

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