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Physikalische Blätter

Filme und Bilder zur Quantenmechanik

H. Genz, W. Hammerich, H. M. Staudenmaier

Published Jan 1, 1977• 2 citations
Publisher

Abstract

Abstract Darstellung des Verhaltens quantenmechanischer Wellenpakete in eindimensionalen Potentialfeldern in mehreren Bildserien. Beschreibung des Verfahrens, Darstellung der Motivation und überblick über schon vorhandene Arbeiten zum Thema. Ausführliche Behandlung spezieller physikalischer Effekte: Potentialfreier Raum, Potentialstufe, Rechteckpotential, Tunneleffekt, Potentialtopf, „Atomkern”︁.

DOI
10.1002/phbl.19770330107

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Bilder elementarer Quantenmechanik

W. Kinzel

Abstract Jeder Physiker hat die Vorlesung „Quantenmechanik”︁ gehört. Sie beschreibt das Verhalten atomarer Teilchen mit Hilfe von Wellenfunktionen, die man als Lösung der Schrödinger‐Gleichung erhält. Seit siebzig Jahren sind die Quantenphänomene an einfachen eindimensionalen Beispielen in vielen Lehrbüchern demonstriert worden. So wurden uns die Energien und die stationären Zustände in tiefen Potentialtöpfen bekannt, wie sich Wellenpakete frei bewegen und dabei zerfließen oder wie sie im harmonischen Potential hin‐ und herschwingen. Können diese elementaren und leicht lösbaren Fragen noch Neues bieten?

Physikalische Blätter•Dec 1, 1995•28 citations

Eine Einführung in die Quantenchemie

Georg Jansen

Abstract In der Quantenchemie wird die grundlegende physikalische Theorie der Quantenmechanik zur quantitativen Beschreibung chemischer Substanzen und ihrer Reaktionen angewendet. Eine klare Aufgabe – aber nicht ganz so leicht umzusetzen. Der Artikel geht zunächst auf einige Aspekte der Quantenmechanik ein, die exotisch scheinen mögen, in der Welt der Elektronen und Atomkerne aber normal sind. Er diskutiert dann eine Reihe grundlegender Näherungen, mit deren Hilfe wir uns in dieser Welt zurecht finden können. Schließlich deutet der Artikel gelegentlich an, wie daraus in Computerprogramme implementierte quantenchemische Methoden entstehen, deren Resultate beim Verstehen und der Vorhersage der Eigenschaften und des Verhaltens chemischer Systeme helfen.

Chemie in unserer Zeit•Jun 1, 2014•2 citations

Quantenmechanische Aussagen über das Licht

Harry Paul

Nachdem wir uns einige wesentliche Züge der klassischen Beschreibung des Lichts in Erinnerung gebracht haben, wollen wir die für unsere Thematik wichtigsten neuen Aspekte zur Sprache bringen, die sich aus der Quantisierung des elektromagnetischen Feldes ergeben. Es erscheint angebracht, zuvor einen fundamentalen Unterschied zwischen klassischer und quantenmechanischer Naturbeschreibung deutlich zu machen, der uns bei der späteren Diskussion von Experimenten immer wieder begegnen und Kopfschmerzen verursachen wird. Es handelt sich um die physikalische Bedeutung dessen, was man als Unschärfe bezeichnet.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1995•0 citations

Quantenmechanische Aussagen über das Licht

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ZusammenfassungNachdem wir uns einige wesentliche Züge der klassischen Beschreibung des Lichts in Erinnerung gebracht haben, wollen wir die für unsere Thematik wichtigsten neuen Aspekte zur Sprache bringen, die sich aus der Quantisierung des elektromagnetischen Feldes ergeben. Es erscheint angebracht, zuvor einen fundamentalen Unterschied zwischen klassischer und quantenmechanischer Naturbeschreibung deutlich zu machen, der uns bei der späteren Diskussion von Experimenten immer wieder begegnen und Kopfschmerzen verursachen wird. Es handelt sich um die physikalische Bedeutung dessen, was man als Unschärfe bezeichnet.

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Vorwort

Holger Göbel

Die Quantenmechanik ist eine der wichtigsten Theorien der modernen Physik.Mit ihr lassen sich nicht nur grundlegende Phänomene wie z.B. das Emissionsspektrum von Atomen oder die Stabilität von Materie erklären, sondern sie steckt auch in vielen technischen Anwendungen vom MP3-Player bis zum Tunnelmikroskop, und in Zukunft werden wir vermutlich Technologien wie Quantenkryptographie oder Quantencomputer mit großer Selbstverständlichkeit einsetzen.Die Kenntnis der Quantenmechanik ist daher nicht nur ein Schlüssel für das Verständnis unserer Welt, sondern unabdingbar für die Entwicklung moderner Technologien.Folgerichtig wird die Quantenmechanik heute oft schon in der Schule gelehrt; in jedem Fall jedoch an Universitäten, wo sie in den meisten Naturwissenschaften und auch in vielen Ingenieurwissenschaften zum Curriculum gehört.Eine große Hürde bei der Vermittlung und damit auch auf dem Weg zum Verständnis der Quantenmechanik ist nun nicht, wie man etwa vermuten könnte, die Mathematik, auch wenn diese an der einen oder anderen Stelle sicherlich einige Herausforderungen beinhaltet, sondern die Sprache.Der Grund dafür liegt darin, dass Sprache kein gegebenes Konstrukt ist, welches unabhängig vom Menschen und dessen Wissen über die Welt existiert, sondern sich vielmehr im Laufe der Menschheitsgeschichte durch die Auseinandersetzung des Menschen mit seiner Umwelt entwickelt hat.Sprache ist damit auch immer ein Abbild der Welt, so wie sie der Mensch wahrnimmt.Und dass diese Wahrnehmung gelegentlich trügt, wissen wir spätestens seit Einstein, der uns gezeigt hat, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit nicht der physikalischen Wirklichkeit entspricht.Die Quantenmechanik führt uns nun, mehr noch als die Relativitätstheorie, weg von den uns vertrauten Vorstellungen von der physikalischen Wirklichkeit.Damit verliert aber auch die Sprache ihre Legitimation als ein Werkzeug zur Beschreibung der Quantenmechanik.Streng genommen verbleibt als einzig legitimer Zugang zur Quantenmechanik daher die Mathematik.Mit ihr lassen sich, aufbauend auf einer Handvoll Axiome, alle Gesetze der Quantenmechanik ableiten und damit alle physikalischen Beobachtungen korrekt und widerspruchsfrei beschreiben.Allerdings sind diese Axiome, im Gegensatz zu z.B. denen der Newton'schen Mechanik, alles andere als unmittelbar einsichtig.Um daher auch solchen Leserinnen und Lesern den Zugang zur Quantenmechanik zu ermöglichen, welche die Quantenmechanik nicht als Teildisziplin der Mathematik oder der theoretischen Physik betreiben wollen, werden wir in diesem Buch trotz aller Gefahren den Weg der Sprache und der Bilder beschreiten.Dabei gehen wir von wenigen einfachen Schlüsselexperimenten aus, mit denen sich die Grundgleichungen der Quantenmechanik anschaulich begründen lassen.Im Gegensatz zu vielen anderen Lehrbüchern greifen wir jedoch nicht auf das berühmte Doppelspaltexperiment mit Elektronen oder das Experiment von Stern-Gerlach zurück, sondern wir arbeiten in den ersten Kapiteln ausschließlich mit einem Interferometer und Polarisationsfiltern

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Zur Interpretation der Quantenmechanik

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Es werden allgemeine Bedingungen angegeben für den Zusammenhang eines möglichen Parameterraumes, in dem eine determinierte Beschreibung physikalischer Systeme stattfinden soll, mit dem HILBERT-Raum der Quantenmechanik. Vorausgesetzt ist die Gültigkeit der quantentheoretischen Meßaxiome und Bewegungsgleichungen.

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Abstract Darstellung des Verhaltens quantenmechanischer Wellenpakete in eindimensionalen Potentialfeldern in mehreren Bildserien. Beschreibung des Verfahrens, Darstellung der Motivation und überblick über schon vorhandene Arbeiten zum Thema. Ausführliche Behandlung spezieller physikalischer Effekte: Potentialfreier Raum, Potentialstufe, Rechteckpotential, Tunneleffekt, Potentialtopf, „Atomkern”︁.
Abstract Jeder Physiker hat die Vorlesung „Quantenmechanik”︁ gehört. Sie beschreibt das Verhalten atomarer Teilchen mit Hilfe von Wellenfunktionen, die man als Lösung der Schrödinger‐Gleichung erhält. Seit siebzig Jahren sind die Quantenphänomene an einfachen eindimensionalen Beispielen in vielen Lehrbüchern demonstriert worden. So wurden uns die Energien und die stationären Zustände in tiefen Potentialtöpfen bekannt, wie sich Wellenpakete frei bewegen und dabei zerfließen oder wie sie im harmonischen Potential hin‐ und herschwingen. Können diese elementaren und leicht lösbaren Fragen noch Neues bieten?
Abstract In der Quantenchemie wird die grundlegende physikalische Theorie der Quantenmechanik zur quantitativen Beschreibung chemischer Substanzen und ihrer Reaktionen angewendet. Eine klare Aufgabe – aber nicht ganz so leicht umzusetzen. Der Artikel geht zunächst auf einige Aspekte der Quantenmechanik ein, die exotisch scheinen mögen, in der Welt der Elektronen und Atomkerne aber normal sind. Er diskutiert dann eine Reihe grundlegender Näherungen, mit deren Hilfe wir uns in dieser Welt zurecht finden können. Schließlich deutet der Artikel gelegentlich an, wie daraus in Computerprogramme implementierte quantenchemische Methoden entstehen, deren Resultate beim Verstehen und der Vorhersage der Eigenschaften und des Verhaltens chemischer Systeme helfen.
Nachdem wir uns einige wesentliche Züge der klassischen Beschreibung des Lichts in Erinnerung gebracht haben, wollen wir die für unsere Thematik wichtigsten neuen Aspekte zur Sprache bringen, die sich aus der Quantisierung des elektromagnetischen Feldes ergeben. Es erscheint angebracht, zuvor einen fundamentalen Unterschied zwischen klassischer und quantenmechanischer Naturbeschreibung deutlich zu machen, der uns bei der späteren Diskussion von Experimenten immer wieder begegnen und Kopfschmerzen verursachen wird. Es handelt sich um die physikalische Bedeutung dessen, was man als Unschärfe bezeichnet.
ZusammenfassungNachdem wir uns einige wesentliche Züge der klassischen Beschreibung des Lichts in Erinnerung gebracht haben, wollen wir die für unsere Thematik wichtigsten neuen Aspekte zur Sprache bringen, die sich aus der Quantisierung des elektromagnetischen Feldes ergeben. Es erscheint angebracht, zuvor einen fundamentalen Unterschied zwischen klassischer und quantenmechanischer Naturbeschreibung deutlich zu machen, der uns bei der späteren Diskussion von Experimenten immer wieder begegnen und Kopfschmerzen verursachen wird. Es handelt sich um die physikalische Bedeutung dessen, was man als Unschärfe bezeichnet.
Die Quantenmechanik ist eine der wichtigsten Theorien der modernen Physik.Mit ihr lassen sich nicht nur grundlegende Phänomene wie z.B. das Emissionsspektrum von Atomen oder die Stabilität von Materie erklären, sondern sie steckt auch in vielen technischen Anwendungen vom MP3-Player bis zum Tunnelmikroskop, und in Zukunft werden wir vermutlich Technologien wie Quantenkryptographie oder Quantencomputer mit großer Selbstverständlichkeit einsetzen.Die Kenntnis der Quantenmechanik ist daher nicht nur ein Schlüssel für das Verständnis unserer Welt, sondern unabdingbar für die Entwicklung moderner Technologien.Folgerichtig wird die Quantenmechanik heute oft schon in der Schule gelehrt; in jedem Fall jedoch an Universitäten, wo sie in den meisten Naturwissenschaften und auch in vielen Ingenieurwissenschaften zum Curriculum gehört.Eine große Hürde bei der Vermittlung und damit auch auf dem Weg zum Verständnis der Quantenmechanik ist nun nicht, wie man etwa vermuten könnte, die Mathematik, auch wenn diese an der einen oder anderen Stelle sicherlich einige Herausforderungen beinhaltet, sondern die Sprache.Der Grund dafür liegt darin, dass Sprache kein gegebenes Konstrukt ist, welches unabhängig vom Menschen und dessen Wissen über die Welt existiert, sondern sich vielmehr im Laufe der Menschheitsgeschichte durch die Auseinandersetzung des Menschen mit seiner Umwelt entwickelt hat.Sprache ist damit auch immer ein Abbild der Welt, so wie sie der Mensch wahrnimmt.Und dass diese Wahrnehmung gelegentlich trügt, wissen wir spätestens seit Einstein, der uns gezeigt hat, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit nicht der physikalischen Wirklichkeit entspricht.Die Quantenmechanik führt uns nun, mehr noch als die Relativitätstheorie, weg von den uns vertrauten Vorstellungen von der physikalischen Wirklichkeit.Damit verliert aber auch die Sprache ihre Legitimation als ein Werkzeug zur Beschreibung der Quantenmechanik.Streng genommen verbleibt als einzig legitimer Zugang zur Quantenmechanik daher die Mathematik.Mit ihr lassen sich, aufbauend auf einer Handvoll Axiome, alle Gesetze der Quantenmechanik ableiten und damit alle physikalischen Beobachtungen korrekt und widerspruchsfrei beschreiben.Allerdings sind diese Axiome, im Gegensatz zu z.B. denen der Newton'schen Mechanik, alles andere als unmittelbar einsichtig.Um daher auch solchen Leserinnen und Lesern den Zugang zur Quantenmechanik zu ermöglichen, welche die Quantenmechanik nicht als Teildisziplin der Mathematik oder der theoretischen Physik betreiben wollen, werden wir in diesem Buch trotz aller Gefahren den Weg der Sprache und der Bilder beschreiten.Dabei gehen wir von wenigen einfachen Schlüsselexperimenten aus, mit denen sich die Grundgleichungen der Quantenmechanik anschaulich begründen lassen.Im Gegensatz zu vielen anderen Lehrbüchern greifen wir jedoch nicht auf das berühmte Doppelspaltexperiment mit Elektronen oder das Experiment von Stern-Gerlach zurück, sondern wir arbeiten in den ersten Kapiteln ausschließlich mit einem Interferometer und Polarisationsfiltern