Die Grundlagen der Quantenphysik: Dualismus & Unschärfe

Quantenphysik: Die Grundlagen der atomaren Welt

Die atomare Welt begann, Eigenschaften zu zeigen, die aus Sicht der klassischen Newtonschen Physik überraschend und paradox waren.

Der Welle-Teilchen-Dualismus

Basierend auf den Untersuchungen von Einstein und Planck, löst dieser Dualismus den traditionellen Gegensatz zwischen Materie und Energie auf. Traditionell wurde angenommen, dass Materie diskontinuierlich ist und Teilchencharakter besitzt, während Energie kontinuierlich ist und Wellencharakter aufweist.

Nach der Quantenphysik verhalten sich jedoch sowohl Materie als auch Energie wie Wellen und Teilchen.

• Planck entdeckte, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in diskontinuierlichen Einheiten, den Quanten, emittiert wird.
• Kurz darauf identifizierte Einstein diese Lichtquanten als Photonen.
• De Broglie schlug vor, dass nicht nur Photonen, sondern auch Elektronen sich als Teilchen und Wellen verhalten, was später durch Experimente bestätigt wurde.

Zwei gleichwertige Theorien der Quantenmechanik

Im Einklang mit dieser doppelten Realität wurden zwei Theorien der Quantenphysik entwickelt, die als gleichwertig gelten:

1. Heisenbergs Matrizenmechanik: Erklärt diskontinuierliche physikalische Prozesse und den Teilchencharakter.
2. Schrödingers Wellenmechanik: Erklärt kontinuierliche physikalische Vorgänge und betont das wellenartige Verhalten der Materie.

Diese Theorien generierten die neue Physik. (FAKT)

Die Heisenbergsche Unschärferelation

Die Quantenmechanik besagt, dass es unmöglich ist, die Position und die Geschwindigkeit (den Impuls) eines Teilchens, wie eines Elektrons, gleichzeitig und exakt zu bestimmen.

Ein Grund dafür ist die unvermeidliche Wechselwirkung zwischen Beobachter und Beobachtetem, da keine Beobachtung ohne Intervention des Beobachters möglich ist. Jede Messung beinhaltet eine Interaktion, welche die Bedingungen des beobachteten Objekts verändert. Dies gilt in allen Fällen.

Das Prinzip der Quanten-Überlagerung

Es wird davon ausgegangen, dass es der Beobachter ist, der einen Zustand gegenüber dem anderen festlegt. In Wirklichkeit sind die beiden Zustände überlagert (Superposition): Die Realität ist unbestimmt, da sie sich gleichzeitig in allen möglichen Zuständen befindet.

Erst unsere Beobachtung zwingt das System, sich festzulegen und einen dieser Zustände anzunehmen (Kollaps der Wellenfunktion). Dies veranschaulicht das bekannte Paradoxon der Schrödinger-Katze.