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Was ist Quantenphysik? (Essay)#

Lothar Bodingbauer

Die Welt war um 1900 physikalisch ziemlich ausgereizt. Jungen Menschen riet man ab, Physik zu studieren. Es wäre schon alles erforscht.

Weit gefehlt!

Es ging erst richtig los! Mit der Entwicklung der Relativitätstheorie setzte eine wahre Revolution des physikalischen, von Newton geprägten Weltbilds ein und mit der Entwicklung derQuantenphysik folgte unmittelbar darauf der nächste Umsturz.

Beide Theorien waren dazu geeignet, das bestehende Bild der Welt fundamental in Frage zu stellen. Beide Theorien sind in unserem Alltag vorderhand nicht zu bemerken, deshalb sind sie bis heute außerhalb wissenschaftlicher Kreise im Detail nicht allzu bekannt.

Die Effekte der Relativitätstheorie treten bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder bei der Anwesenheit sehr großer Massen auf.

Die Effekte der Quantenphysik treten auf atomarem Niveau und darunter auf. Erst Anwendungen wie Laser, Maser, Elektronenmikroskopie oder Supraleitung machen quantenmechanische Effekte in unsererWelt erfahrbar.

Die Quantenphysik mit sich:

--- Die Heisenberg’sche Unschärferelation: Es ist unmöglich, Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens gleichzeitig genau festzustellen.

Statt Elektronenbahnen um Atome werden daher Orbitale gezeichnet, Aufenthaltsräume für Elektronen, in denen sie sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit befinden.

--- Die Quantisierung: Einige physikalische Größen wie Energie oder elektrische Ladung können nur in Vielfachen eines kleinsten Einheitswertes auftreten.

–-- Das Ausschließungsverbot: Elementarteilchen mit denselben Quantenzahlen, die ihren Zustand beschreiben, können nicht zur selben Zeit am selbenOrt sein. Das gilt aber nicht für alle Elementarteilchen, woraus sich wiederum herrliche Fragestellungen ergeben.

–-- Die Verschränkung: Zwei Elementarteilchen, die „verschränkt“ sind, sich aber an zwei verschiedenen Orten befinden, sind „geisterhaft verbunden“. Beobachtet man das eine, ist unmittelbar der Zustand des anderen festgelegt. Quantenteleportation, Quantenverschlüsselung und Quantencomputer werden damit möglich.

–-- Die schwierige Messung: Messen stört dermaßen, dass entweder quantenphysikalische Phänomene ganz verschwinden, oder die Messung beeinflusst das Gemessene so stark, dass es gravierend verändert wird. –-- Den Welle-Teilchen-Dualismus: Nicht nur Licht ist eine Welle und ein Strom von Teilchen (Photonen) gleichermaßen, sondern auch Materie. Auch Elektronen, Protonen und was auch immer sind Teilchen und Welle zugleich. Manche Experimente zeigen den Teilchencharakter, andere den Wellencharakter.

Die Leistung der Quantenphysik ist beachtlich: Alle bekannten fundamentalen Wechselwirkungen der Materie mit Ausnahme der Gravitation, die durch die Allgemeine Relativitätstheorie erklärt wird, können durch sie beschrieben werden. Und: In der Quantenwelt können Sie durch die Wand gehen oder sonst irgendwelche krummen Sachen machen. Aber geben Sie Acht: Alles ist unvertraut, wir sind dort nicht zuhause!


Dieser Essay stammt mit freundlicher Genehmigung des Verlags aus dem Buch:

© 2007 by Styria Verlag in der, Verlagsgruppe Styria GmbH & Co KG, Wien
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