Skurrile Quantenwelt (eBook)

Silvia Arroyo Camejo, 1986 in Berlin geboren, ist schon seit ihrer Kindheit von Fragen über die Entstehung des Universums und den Aufbau der Materie fasziniert. Im Jahr 2005 legte sie am Canisius-Kolleg ihr Abitur ab und seit Oktober desselben Jahres studiert sie an der Humboldt-Universität zu Berlin im Studiengang Bachelor of Science Physik. Danach plant sie ihren Master of Sciences Physik im Ausland fortzusetzen. Vor allem interessiert sie sich für die Gebiete der Modernen Physik, insbesondere die Quantenfeldtheorie und die allgemeine Relativitätstheorie, sowie deren diffizile Vereinigung.

Zur Entstehung dieses Buchs 5
Inhaltsverzeichnis 8
Einleitung 13
Was ist Quantenphysik? 14
Was sind Quantenobjekte? 15
Wozu betreibt man Forschung im Bereich des Mikrokosmos? 15
Ist die Physik ein abgeschlossenes Gedankengebäude? 16
Was geschieht in derWelt des Mikrokosmos? 17
Licht und Materie 18
Was ist eigentlich Licht? 19
Aber was schwingt da wie? 20
Was sind Frequenz undWellenlänge des Lichts? 22
Was ist eigentlichMaterie? 23
Woraus besteht ruhemassebehaftete Materie? 24
Sind Elementarteilchen wirklich Teilchen? 26
Die Herkunft des Planckschen Wirkungsquantums 28
Woher kommt die Quantenhypothese? 29
Wie konnte die Ultraviolettkatastrophe gelöst werden? 30
Wovon ist der Energiebetrag eines Lichtquants abhängig? 31
Der photoelektrische Effekt 34
Was ist der photoelektrische Effekt? 35
Was ist das Nichtklassische am Photoeffekt? 36
Wie löste Einstein diese Widersprüche? 39
Wie lässt sich hierdurch ein Wert für h bestimmen? 41
Das Doppelspaltexperiment 44
Was ist das Doppelspaltexperiment? 45
Was passiert beim Doppelspaltversuch mit Licht? 46
Wie lässt sich das Streifenmuster erklären? 49
Ist Licht also doch eine Welle? 52
Das Doppelspaltexperiment mit Elektronen 53
Kann das Doppelspaltexperiment auch mit Elektronen durchgeführt werden? 54
Was passiert beim Doppelspaltexperiment mit Elektronen? 54
Könnte man sich das Streifenmuster nicht auch anders erklären? 57
Muss das Elektron nun doch alsWelle angesehen werden? 58
Welche Schlüsse muss man aus dem Ausgang des Experiments ziehen? 60
Der Compton-Effekt 61
Was versteht man unter dem Compton-Effekt? 62
Wie lässt sich die Wellenlängenänderung berechnen? 63
Warum tritt der Compton-Effekt nicht bei sichtbarem Licht auf? 68
Ist der Compton-Effekt nur mit einem Teilchenmodell beschreibbar? 69
Die Heisenbergsche Unschärferelation 70
Was besagt die Heisenbergsche Unschärferelation? 71
Wie kann man sich die Unschärferelation praktisch vorstellen? 73
Ließe sich das Interferenzmuster ebenfalls durch die Unschärferelation erklären? 73
Was lässt sich aus dem Ausgang der Experimente schließen? 76
Ist das Doppelspaltexperiment auch mit anderen Teilchen durchführbar? 78
Was ist das Elektron jetzt eigentlich wirklich: Welle oder Teilchen? 79
Der Kollaps der Wellenfunktion 81
Wo liegt überhaupt der Widerspruch zwischen dem Wellen-und dem Teilchenmodell? 82
Was genau bedeutet der BegriffWelle-Teilchen-Dualismus? 84
Wie wird aus der Elektronen-Welle ein Teilchen auf dem Projektionsschirm? 85
Was geschieht mit dem Rest der Elektronen-Welle? 86
Wie steht es um Gleichzeitigkeit und instantane Informationsübertragung? 87
Wodurch wird der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst? 90
Die Bohr-Einstein-Debatte 94
Wie kam es zur Bohr-Einstein-Debatte? 95
Was ist denn „Zufall“ physikalisch gesehen überhaupt? 97
Wie lautete Einsteins Kritik? 98
Welche Experimente diskutierten Bohr und Einstein? 101
Welche experimentellen Fakten lagen den Diskussionen zu Grunde? 104
Wie lautete Bohrs Entgegnung? 104
Welche Schlussfolgerungen kann man aus der Bohr- Einstein- Debatte ziehen? 107
Das Bohrsche Atommodell 109
Welche Atommodelle gab es? 110
WelcheMakel besitzt das Planetenmodell Rutherfords? 112
Wie löst das Bohrsche Atommodell diese Diskrepanzen? 113
Was ist der Bohrsche Radius? 116
WelcheWerte besitzen die Energieniveaus in der Atomhülle? 118
Wie geschieht die Absorption bzw. Emission von Photonen? 119
Ist das Bohrsche Atommodell als „richtig“ anzusehen? 121
Die Schrödinger-Gleichung 122
Was ist der Unterschied zwischen derMatrizen-und derWellenmechanik? 123
Welche Bedeutung kommt derWellenfunktion zu? 125
Wie leitet sich die Schrödinger-Gleichung her? 127
Was berechnet man mit der Schrödinger-Gleichung? 131
Welche Auswirkung hatte die Schrödinger-Gleichung auf das Atommodell? 133
Schrödingers Katze 135
Worum handelt es sich bei Schrödingers Katze? 136
Wie ist das Gedankenexperiment um Schrödingers Katze aufgebaut? 138
Wo liegt die Paradoxie beim Gedankenexperiment um Schrödingers Katze? 139
Wie stellt man den überlagerten Zustand eines Teilchens quantenmechanisch dar? 140
In welchem Zustand befindet sich die Katze? 143
Die Interpretation des quantenmechanischen Formalismus 145
Wie lautet die Lösung des Schrödingerschen Katzenparadoxons? 146
Was besagt die Kopenhagener Deutung? 147
Was besagt die Viele-Welten-Interpretation? 150
Was besagt die Theorie der Dekohärenz? 154
Welche Interpretation entspricht der „Realität“? 161
Das EPR-Paradoxon 163
Was ist das EPR-Paradoxon und woher kommt es? 164
Wie sieht der gedankliche Versuchsaufbau des EPR- Experiments aus? 166
Ist also doch kein Paradigmenwechsel durch die Quantenmechanik nötig? 169
Ist die Quantenmechanik tatsächlich unvollständig? 170
Quantenmechanik oder Theorien verborgener Variabler? 171
Schließt die Quantenmechanik verborgene Variable prinzipiell aus? 173
Wie gestaltet sich die Bohmsche Mechanik? 174
Die Bellsche Ungleichung 177
Ist eine experimentelle Entscheidung über verborgene Variablen möglich? 178
Was ist der Spin eines Teilchens? 179
Spinmessung nach Theorien verborgener Variabler oder Quantenmechanik? 181
Wie gestaltet sich der Aufbau des Bohmschen EPR-Experiments? 184
Wie lauten die Voraussagen der Theorien verborgener Variabler? 186
Wie geschieht die experimentelle Überprüfung der Voraussagen? 190
Die modernen Anwendungen der Quantenphysik 193
Wie wird die Quantenphysik praktisch angewendet? 194
Was ist Quanteninformation? 194
Was ist Quanten-Teleportation? 196
Was sind Quanten-Computer? 202
Was ist Quanten-Kryptographie? 205
Quantengravitation 213
Wozu brauchen wir eine Quantengravitation? 214
Gibt es eine Lösung für den Theorien-Konflikt? 216
Was besagt die Stringtheorie? 217
Was besagt die Loop-Quantengravitation? 219
Bestehen zwischen den Quantengravitationstheorien auch Gemeinsamkeiten? 220
Ist Quantengravitation noch Physik oder schon Philosophie? 223
Nachwort 225
Glossar 228
Weiterführende Literatur 233
Monographien und Lehrbücher 233
Artikel und Beiträge 236
Websites 240
Sach- und Namenverzeichnis 242