Eine der einfachsten Methoden, die DiRAC-Gleichung (7*3* + *) V = ° (!) zu quantisieren besteht darin, die Wellenfunktion xp in einem Normierungsvolumen V in eine FouRiER-Reihe zu entwickeln, die FouRiER-Amplituden als Operatoren aufzufassen und Vertauschungsregeln für sie anzugeben.In Gl. (1) bedeuten y^ die vier DiRAC-Matrizen, den Vierergradienten und x die reziproke COMPTON-Wellenlänge. Die FouRiER-Zerlegung für y ist: 2 "iP t_Cdp 0 + bfp vjp ')).(2)
Eine der einfachsten Methoden, die DiRAC-Gleichung (73 + *) V = ° (!) zu quantisieren besteht darin, die Wellenfunktion xp in einem Normierungsvolumen V in eine FouRiER-Reihe zu entwickeln, die FouRiER-Amplituden als Operatoren aufzufassen und Vertauschungsregeln für sie anzugeben.In Gl. (1) bedeuten y^ die vier DiRAC-Matrizen, den Vierergradienten und x die reziproke COMPTON-Wellenlänge. Die FouRiER-Zerlegung für y ist: 2 "iP t_Cdp 0 + bfp vjp ')).(2)
Der Artikel entwickelt eine vollständige Herleitung der Dirac‑Gleichung aus der nichtrelativistischen Schrödingergleichung und der Energie‑Impuls‑Beziehung der speziellen Relativitätstheorie. Ausgangspunkt ist die Analyse des „duplexity“-Problems der frühen Quantenmechanik, das zur Einführung des Elektronenspins durch Goudsmit, Uhlenbeck und Pauli führte, jedoch ohne zwingende theoretische Begründung blieb. Durch systematische Linearisation der relativistischen Energieformel und Verwendung hermitescher, antikommutierender Matrizen wird gezeigt, dass die Klein–Gordon‑Gleichung strukturell unzureichend ist und erst die Einführung der Dirac‑Matrizen eine lorentzinvariante Gleichung erster Ordnung ermöglicht. Die Konstruktion der 4×4‑Gamma‑Matrizen, die Struktur des Bispinors sowie die vier gekoppelten Gleichungen der Dirac‑Theorie werden ausführlich dargestellt. Die physikalische Interpretation der negativen Energielösungen führt zur Dirac‑See und zur Vorhersage des Positrons. Abschließend wird gezeigt, wie die Dirac‑Gleichung im nichtrelativistischen Grenzfall in die Pauli‑Gleichung übergeht und damit Spin‑Bahn‑Kopplung und Feinstruktur konsistent beschreibt.
Abgesehen davon, dass Subfaktoren ein interessantes mathematisches Gebiet für sich darstellen, haben sie auch die Aufmerksamkeit von Physikern erregt, da vermutet wird, dass es einen Zusammenhang zwischen Subfaktoren und konformen Feldtheorien (CFT) gibt. Obwohl inzwischen eine überzeugende Menge an Hinweisen für die Gültigkeit dieser Vermutung erbracht wurde, existieren immer noch einige Lücken: Es gibt eine Reihe außergewöhnlicher Subfaktoren, für die keine entsprechende CFT bekannt ist. Daher ist es notwendig, neue Techniken für die Konstruktion einer CFT aus einem Subfaktor zu entwickeln. Hier ist es sinnvoll, die zugrunde liegende mathematische Struktur genauer zu untersuchen: Aus den sogenannten ,,even parts'' eines Subfaktors ergeben sich zwei unitäre Fusionskategorien (UFCs). Ein vielversprechender Ansatz ist, aus diesen Kategorien Quantenspinsysteme zu konstruieren und zu untersuchen, um eine Verbindung zu CFTs zu finden. Das einfachste Beispiel, das neue Techniken zur Konstruktion einer CFT erfordert, ist der Haagerup Subfaktor, da er der kleinste Subfaktor mit einem Index größer als vier ist. In dieser Arbeit untersuchen wir mithilfe von ein- und zweidimensionalen Gittermodellen die Frage, ob eine CFT existiert, die zum Haagerup Subfaktor gehört. Die erste Aufgabe hierbei besteht darin, die F-Symbole der Kategorie zu berechnen, da diese bei allen Modellen, die in dieser Arbeit untersucht werden, einen entscheidenden Bestandteil der Konstruktion darstellen. Wir betrachten die folgenden Modelle: 1. Das sogenannte ,,Golden Chain''-Modell, bei dem es sich um eine eindimensionale Spinkette handelt, deren Grundzustand Informationen (wie zum Beispiel den Wert der zentralen Ladung) über die hypothetische CFT enthält. 2. Quantenspinketten (wie die Golden Chain) mit Defekten. Die Konstruktion der Vertices, die die Kette mit Defekten bilden, liefert Einblicke in eine mögliche Konstruktion einer unitären modularen Tensorkategorie (UMTC) über die sogenannte Annulare Kategorie. 3. Das Levin-Wen Modell, welches ein zweidimensionales Gittermodell mit exakt lösbarem Hamiltonian ist, das eine topologische Quantenfeldtheorie liefert. Am interessantesten für uns ist, dass die Anregungen des Systems eine UMTC ergeben. Wir stellen fest, dass die Untersuchung der UFCs selbst keine Hinweise auf eine Haagerup CFT liefert, und schließen daraus, dass es notwendig ist, diese Untersuchung auf die entsprechende UMTC auszudehnen, die zum Beispiel über die Anregungen des Levin-Wen Modells konstruiert werden kann.
Es wird eine Methode der Feldquantisierung entwickelt, welche dem Grundsatz Rechnung trägt, daß der Zustandsvektor Ausdruck der Kenntnis eines Beobachters von dem beobachteten System ist. Dies schließt eine Beschreibung des Feldes auf einer raumartigen Fläche aus, nötigt vielmehr zu einer Beschreibung im Inneren des vergangenen Lichtkegels des Beobachters. Dadurch wird der Beobachter dynamisch in das System mit einbezogen. Dies läßt sich in widerspruchsfreier Weise unter Wahrung der physikalischen Erhaltungssätze durchführen, wenn man das beobachtete DIRAC-Feld vom Standpunkt eines einzelnen DIRAC-Teilchens aus beschreibt, dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit durch ein klassisches DIRAC-Feld bestimmt wird. Die Wechselwirkung zwischen Beobachter und Feld liefert gleichzeitig auch Wechselwirkungen innerhalb des Feldes selbst. Die Randbedingungen, welche sich aus dem Variationsproblem ergeben, lassen nur das „expanding universe“ als Rahmen der Welt-Beschreibung zu; die Theorie wird dadurch zunächst kosmologisch, erlaubt jedoch die Abseparierung eines Mikro-Systems.
Das "Messproblem" oder allgemeiner, das "Interpretationsproblem" der Quantenphysik ist aktuell.Dies ist erstaunlich, liegt die Theorie doch seit nunmehr gut 100 Jahren vor, und kann sie mit Recht als die erfolgreichste, präziseste und umfassendste wissenschaftliche Konzeption bezeichnet werden, über die wir verfügen.Nach vielen der von den meisten Wissenschaftsphilosophen als zentral angesehenen Kriterien guter Theorien, ist die Quantenphysik unübertroffen.Die Zahl ihrer Anwendungen ist enorm, sie erreicht eine Genauigkeit, die weit über allen vorangegangenen Theorien liegt und ihr auch bei überraschenden und ungewohnten Prognosen erreichter Bestätigungserfolg muss beeindrucken.Kurz, sie gilt als ein ausgezeichneter Kandidat für das, was oft als ‚die aktuell beste Theorie' bezeichnet wird.Nur leider, sie beschreibt eine ‚seltsame' Quantenwelt.Formal gesehen betrifft das Interpretationsproblem die Differenz zwischen der Kontinuität der zu Grunde liegenden Gleichung und der Diskontinuität von Messergebnissen.Diese Diskontinuität verdankt sich formal der nicht-kommutativen Algebra für Operatoren.Bei allen Quantisierungsverfahren -auch wenn sie den Korrespondenz-und Analogievorschriften (zum ‚klassischen' Formalismus) genügen -müssen die Vertauschungsregeln zusätzlich angegeben werden.Der Inhalt dieser Vertauschungsregeln ist als solcher also nicht Inhalt des formalen Apparates; er ergibt sich nicht aus diesem.Diese Eigenständigkeit der Vertauschungsregeln ist notwendig, um die Lücke zwischen Formalismus und Messergebnis zu füllen; auf welche Eigenschaften der Quantenwelt sie sich dabei beziehen, eröffnet den Interpretationsspielraum.Viele der sich in diesem Verfahren ergebenden Eigenschaften muten nun seltsam und ungewohnt im Vergleich zur ‚bekannten' makroskopischen (klassischen) Welt an."Seltsam" ist nun natürlich ein Ausdruck, der weder in der Formulierung der Theorie, noch auch in einer wissenschaftsphilosophischen Auseinandersetzung mit ihr, einen rechten Platz hat.Er umschreibt aber die Tatsache, dass einige
Bekanntlich gelangt man von der elektromagnetischen Maxwellschen Wellentheorie des Lichtes zur Existenz der Lichtkorpuskeln durch eine Quantelung des elektromagnetischen Feldes, indem man die elektrische und magnetische Feldstärke E und H als Matrizen auffaßt. Ausgehend von dieser Erkenntnis erhebt sich die Frage, ob sich nicht eine Theorie entwickeln läßt, die das Mehrteilchenproblem mit dreidimensionalen Wellenvorgängen in der Weise in Verbindung bringt, daß aus den dreidimensionalen Wellen die Korpuskeln in ähnlicher Weise durch eine Quantelung entstehen wie die Lichtteilchen durch eine Quantelung des elektromagnetischen Feldes. Dies ist tatsächlich möglich, und den Bemühungen von Jordan, Pauli, Klein, Wigner, Dirac und Heisenberg gelang es, auf dieser Grundlage eine konsequente Mehrteilchentheorie zu entwickeln1). Der Gedanke ist der, daß man die der zeitabhängigen Schrödinger-Gleichung genügende Wellenfunktion Ψ ganz analog den Feldstärken der elektromagnetischen Wellentheorie als Matrix einführt. Man türmt also zwei Quantelungen aufeinander: erstens indem man beim Einkörperproblem von der klassischen Hamilton-Jacobischen Gleichung zur Schrödinger-Gleichung übergeht und zweitens indem man dann die Schrödinger-Gleichung ihrerseits als klassische Gleichung auffaßt, aus der man erst durch eine weitere Quante-lung, d. h. Einführung von Matrizen, zur endgültigen Mehrteilchentheorie gelangt. Dem entspricht die Bezeichnung Wellenquantelung, zweite Quantelung oder Supraquantelung.