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Quantenphysik

mystisches FeuerQuantenphysik und Quantenhypothese

Unter dem Begriff Quantenphysik werden all jene Theorien, Modelle und Konzepte zusammengefasst, die auf die Quantenhypothese von Max Planck zurückgehen. Außerdem versteht man darunter alle Phänomene und Effekte, die sich ohne diese Hypothese nicht befriedigend erklären lassen. Plancks Hypothese war um 1900 notwendig geworden, weil die klassische Physik z. B. bei der Beschreibung des Lichts oder des Aufbaus der Materie an ihre Grenzen gestoßen war.

Die Quantenphysik unterscheidet sich von der klassischen Physik vor allem in folgenden Punkten:

• Quantenhypothese: Bestimmte physikalische Größen können nicht jeden beliebigen Wert annehmen sondern nur bestimmte diskrete Werte. Man sagt, sie sind „quantisiert“ oder „gequantelt“.

• Welle-Teilchen-Dualismus: Quantenobjekte zeigen – je nach Betrachtungsweise – Eigenschaften von Wellen oder Teilchen (sprich: Massepunkten), sind aber weder das eine noch das andere. Die wahre Natur der Quantenobjekte entzieht sich der konkreten Anschauung.

• Die Quantenphysik ist nicht deterministisch. Das bedeutet, dass der Ausgang eines Experiments nicht eindeutig durch die Anfangswerte festgelegt ist. Oft lassen sich nur Aussagen über Wahrscheinlichkeiten machen.

• Der Ausgang eines Experiments ist niemals unabhängig von der Beobachtung, sondern immer untrennbar mit ihr verbunden. D. h., der Beobachtungsvorgang beeinflusst das zu beobachtende Phänomen in physikalischer Weise.

Die Quantenphysik stellt neben der Relativitätstheorie einen Grundpfeiler der modernen Physik dar und lässt sich heute aus kaum einem Teilbereich der Physik mehr wegdenken. Besonders deutlich zeigen sich die Unterschiede zwischen der Quantenphysik und der klassischen Physik im mikroskopisch Kleinen (z. B. Aufbau der Atome und Moleküle) oder in besonders „reinen“ Systemen (z. B. Supraleitung, Laserstrahlung, …). Aber auch ganz alltägliche Dinge wie die chemischen oder physikalischen Eigenschaften verschiedener Stoffe (Farbe, Magnetismus, elektrische Leitfähigkeit, …) lassen sich nur quantenphysikalisch verstehen.

Insbesondere gehören aber auch zwei Teilbereiche der theoretischen Physik zur Quantenphysik: Die Quantenmechanik und die Quantenfeldtheorie. Erstere beschreibt das Verhalten von Quantenobjekten unter dem Einfluss von Feldern. Letztere behandelt zusätzlich die Felder als Quantenobjekte. Die Vorhersagen beider Theorien stimmen außerordentlich gut mit den Ergebnissen von Experimenten überein. Ihre einzige bekannte Schwäche besteht darin, dass sie sich nach dem gegenwärtigen Stand des Wissens nicht mit der allgemeinen Relativitätstheorie vereinbaren lassen.

(Quelle Wikipedia)