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Quantenphysik für Dummies - Schritt für Schritt zum richtigen Verständnis

Quantenphysik für Dummies - Schritt für Schritt zum richtigen Verständnis 2:49
Video von Astrid Schweizer2:49

Die Quantenphysik ist ein Teil der Physik, der in der Tat vielen Menschen Probleme mit dem Verständnis macht. Werden doch im Alltag gültige Regeln über den Haufen geworfen. Eine Anleitung für Dummies.

Quantenphysik - eine Erklärung für Dummies

  • In der Quantenphysik treten Phänomene auf, die mit unseren alltäglichen Beobachtungen nicht zu vereinbaren sind. Stichworte dafür seien zum Beispiel "Welle oder Teilchen, "tot oder lebendig", "hier und dort", also Eigenschaften, die sich nicht gleichzeitig erfüllen lassen.
  • Den Startpunkt für die Quantenphysik lieferte um 1900 Max Planck bei seiner Untersuchung von Lichteigenschaften. Abgesehen von Newtons Teilchenmodell, das sich nicht bewährte, waren Physiker bis dahin der Ansicht, dass es sich bei Licht um eine Wellenerscheinung handelt. Zahlreiche Versuche, unter anderem der Doppelspaltversuch, belegten dieses Modell.
  • Um die Lichtemission beispielsweise glühender Metalle erklären zu können, musste Planck allerdings annehmen, dass das Licht nicht in Form einer Welle, sondern in kleinen Energiepaketen, den Lichtquanten oder Photonen, abgegeben wurde. Dieses Postulat stand im Widerspruch zur Wellentheorie, bewahrheitete sich jedoch in den folgenden Jahren.
  • So konnte Albert Einstein einige Jahre später auch den Photoeffekt, bei dem durch Röntgen- oder UV-Licht Elektronen aus Metallen herausgeschlagen werden, nur mithilfe dieser Lichtquantentheorie erklären.
  • So entstand der sogenannte Welle-Teilchen-Dualismus: Die Akteure des Mikrokosmos, egal ob Lichtphotonen, Elektronen oder andere atomare Teilchen, verhalten sich in bestimmten Situationen wie Teilchen, in anderen wie eine Welle, ein Phänomen, dass mit zu den Alltagserfahrungen nicht passt. Auch für Elektronen konnte nachgewiesen werden, dass sie Welleneigenschaften haben und sich beispielsweise durch einen Doppelspalt wie Wellen beugen lassen (Experiment von De Broglie).
  • Eine direkte Folge dieses Dualismus ist die Heisenbergsche Unschärferelation, bei der Ort und Geschwindigkeit eines mikroskopischen Teilchens nicht gleichzeitig genau festgelegt, sprich gemessen, werden können. Eine Folge hiervon ist der Tunnel-Effekt, bei dem atomare Teilchen eine Barriere durchtunneln können. Der Alphazerfall eines Atomkerns lässt sich damit erklären.
  • Auch die Elektronen im Atom folgen nicht mehr strikten Bahnen (Bohrsches Atommodell), sondern sind über einen bestimmten Raumbereich "verschmiert". Mithilfe der Schrödinger-Gleichung lassen sich in der Quantenphysik die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten für die Elektronen berechnen. 
  • Resümee: Nicht nur Dummies, auch die Väter der Quantenphysik, stolperten über die absonderlichen Eigenschaften der atomaren Welt, was viele Diskussionen (Schrödingers Katze) und Deutungen (Kopenhagener Deutung), die übrigens bis heute anhalten, auslöste. War man doch immer wieder versucht, das Gedankengebäude der Quantenphysik alltagsverträglich abzuändern, was letztlich nicht möglich ist. Ein heutiges Forschungsgebiet ist es zum Beispiel, herauszufinden, bei welcher Größenordnung der Teilchen die Quantenphysik in die klassische Physik übergeht.
  • Wer näher einsteigen will, dem sei das Buch "Quantenphysik für Dummies" empfohlen. Die Klausur im Physikunterricht kann man davon jedoch nicht bestreiten.

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