In dem kürzlich erschienenen Buch Quantum Theory and Beyond 2 sind verschiedene Schulen zu Wort gekommen, die heute am Gespräche über die Interpretation der Quantenmechanik beteiligt sind. Es ist hier nicht der Ort, näher darauf einzugehen. Doch ermutigt das Buch dazu, noch einmal die Vorstellungen3 darzulegen, aus denen die Quantenmechanik mit gleicher Evidenz hervorgeht wie die klassische Mechanik4 aus den ihr zugrunde liegenden. Es ist dem Verfasser eine Freude, Herrn H. Hönl mit diesem Festschriftbeitrag zu seinem siebzigsten Geburtstag gratulieren zu können.
In dem kürzlich erschienenen Buch Quantum Theory and Beyond 2 sind verschiedene Schulen zu Wort gekommen, die heute am Gespräche über die Interpretation der Quantenmechanik beteiligt sind. Es ist hier nicht der Ort, näher darauf einzugehen. Doch ermutigt das Buch dazu, noch einmal die Vorstellungen3 darzulegen, aus denen die Quantenmechanik mit gleicher Evidenz hervorgeht wie die klassische Mechanik4 aus den ihr zugrunde liegenden. Es ist dem Verfasser eine Freude, Herrn H. Hönl mit diesem Festschriftbeitrag zu seinem siebzigsten Geburtstag gratulieren zu können.
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
Die einzigartige Rolle der Quantenmechanik in den modernen Naturwissenschaften macht es auch für den Chemiker wichtig, mit den Grundgedanken der Quantenmechanik und der Quantenchemie vertraut zu werden. Diese Vertrautheit ist nicht leicht zu erwerben, denn die Quantenmechanik ist eine schwierige, reichlich abstrakte Theorie, mit der nicht nur Anfänger, sondern auch etablierte Fachleute ihre Schwierigkeiten haben. Glücklicherweise ist die Quantenmechanik viel leichter anzuwenden als zu verstehen. Zum Eingewöhnen scheint es deshalb ratsam, erst einmal zu sehen, wie man etwas macht. Beim Kuchenbacken geht man ja auch so vor. Im Gegensatz zur Kochkunst muss man sich in den Naturwissenschaften später irgendwann einmal bemühen, die abgeschauten Rezepte tiefer zu verstehen. Wichtig ist dabei vor allem, die Geduld nicht zu verlieren. Die Quantenmechanik ist schwierig und nur in wiederholtem Anlauf zu erobern.
Das Buch beruht auf einer über Jahre hinweg ausgereiften und vielbesuchten Vorlesung des Autors. Mit erfreulicher Klarheit und Prägnanz wird der Stoff vorgestellt: Eine gelungene Einführung, deren Schwerpunkt zwar eindeutig der mathematische Formalismus ist; viele wichtige Anwendungsbeispiele der dargestellten Theorie finden sich aber in den Übungsaufgaben mit ausführlich beschriebenen Lösungen. Das Buch eignet sich daher hervorragend als schneller, befriedigender Einstieg in die Quantenmechanik und zur erfolgreichen Prüfungsvorbereitung. Unbedingt empfehlenswert!
Was ich hier vortragen mochte, hat mit der heutigen aktuellen Physik wenig zu tun.Ahnliche uberlegungen hatten ebenso gut vor 100 Jahren angestellt werden konnen.Ich habe eine kleine Arbeit daruber veroffentlichtl) und hatte gezogert, diese Dinge hier nochmals vorzubringen, waren mir nicht Zuschriften aus aller Welt zugegangen, die mir zeigten, dan die Frage nicht ohne Interesse ist.Um meine Behauptung gleich vorweg zu nehmen: Die klassische Mechanik wird gewohnlich als Muster einer deterministischen Theorie angesehen.Ich behaupte, dan dies sich bei naherer Betrachtung als unrichtig herausstellt.Warum aber erscheint mir diese Frage der Muhe einer eingehenden Untersuchung wert?Kann doch die klassische Mechanik gar nicht mehr das Ruckgrat der Physik genannt werden, da sie durch die Quantenmechanik abgelost und diese ja zugegebener Manen indeterministisch ist.Nun, es gibt eben immer noch laute und heftige Gegner der gelaufigen statistischen lnkrpretation der Quantenmechanik, die eine Ruckkehr zur klassischen, angeblich deterministischen Auffassung fordern.Zu diesen Gegnern gehoren vor allen die strengen Marxisten, die an den dialektischen Materialismus glauben.Naturlich akzeptieren die forschenden Physiker auch in RuBland dieselben Prinzipien wie wir; aber selbst sie sind gezwungen, vor der offiziellen Auffassung ihre Verbeugung zu machen.Ich bin daruber recht genau orientiert durch Briefwechsel mit meinem friiheren Mitarbeiter Fock und mit einem russischen Philosophen Suworow, der einen Vortrag von mire) ins Russische ubersetzt und kommentiert hat.Die DDR-Zeitschrift ,,Das Hochschulwesen" (Chefredakteur Dr. Mehnert) hat Ausziige aus meinem Vortrag und tfbersetzungen von Teilen der Antwort Suworows unter dem Titel ,,Um das Weltbild des modernen Naturwissenschaftlers" (1959) veroffentlicht.Der Bearbeiter, Prof. H. Vogel (Tnstitut fur Gesellschaftswissenschaft. Rostock), hat die Auswahl so getroffen und sein Kommentar so formuliert,daR man den Eindruck gewinnt,ich eei dem dialektischen Materialismus naher geruckt, wenn auch noch fern von der allein seligmachenden Wahrheit.Dies ist nicht der einzige Versuch, Gelehrte des Westens als Vorlaufer, Wegbereiter und halbe Anhanger des Materialismus darzustellen.Derselbe Prof. Vogel hat einen Aufsatz uber Einstein mit solcher Tendenz geschrieben und Dr. F. Herneck in ahnlicher Weise uber Planck.Nun, Einstein und Planck konnen sich nicht mehr zur Wehr setzen.Ich bin aber noch lebendig und willin aller Freundschaftdarlegen, warum ich die orthodoxe Lehre des Marxismus fur die Physik fur untauglich halte.*) Vortrag bei der Fruhjahrstagung der Nordwestdeutschen Physikalischen Gesellschaft in Bad Pyrmont, 16.
Nach einem langen, mühevollen Arbeitstag in der Bank, wo man über eine Grundstücksaktion verhandelt hatte, befand sich Mr. Tompkins soeben auf dem Heimweg. Dieser führte ihn an einem Pub vorbei. Er faßte den Entschluß einzukehren, um ein Glas Bier zu trinken. Doch dabei blieb es nicht — und bald erfaßte Mr. Tompkins ein heftiges Schwindelgefühl. Im Hintergrund des Lokals gab es ein Billardzimmer, in dem mehrere Männer mit hinaufgeschobenen Hemdärmeln an einem in der Mitte des Raums befindlichen Tisch spielten. Mr. Tompkins erinnerte sich vage, hier schon einmal gewesen zu sein. Damals hatte ihn einer seiner Kollegen aus der Bank mitgenommen, um ihm Billard beizubringen. Er näherte sich dem Tisch und beobachtete das Spiel. Irgendetwas stimmte da nicht. Einer der Spieler legte eine Kugel auf den Tisch und versetzte ihr mit dem Queue einen Stoß. Zu seinem großen Erstaunen sah Mr. Tompkins, wie sich die rollende Kugel „zu verschmieren“ begann. Dies war die einzige Bezeichnung, die er für das seltsame Verhalten der Kugel finden konnte. Indem sie über das grüne Spielfeld rollte, verlor sie nämlich ihre scharfen Umrisse und schien mehr und mehr zu verschwimmen. Man hatte den Eindruck, daß es nicht eine einzige Kugel war, die da über den Tisch rollte, sondern daß es mehrere waren, die sich gegenseitig teilweise durchdrangen. Mr. Tompkins hatte ähnliches schon öfter erlebt, doch hatte er heute noch keinen einzigen Tropfen Whisky zu sich genommen. Es war ihm daher völlig unklar, wie ihm ausgerechnet jetzt etwas derartiges passieren konnte. „Na schön“, dachte er, „dann wollen wir einmal sehen, was geschieht, wenn dieses schleimige Etwas auf eine zweite Kugel trifft.“
Selbst die Lösung der vergleichsweise einfachen zeitunabhängigen Schrödinger-Gleichung erfordert meist komplizierte mathematische Verfahren. Jedoch ist die Quantenmechanik die Theorie, die der experimentellen Realität am nächsten kommt. Daher müssen wir hier ihre Verfahren und Anwendungen kennenlernen, wenn wir überhaupt ein Verständnis der modernen Physik gewinnen wollen. Wir werden sehen, daß wir sogar mit wenig Mathematik den Gedanken folgen können, die zu den größten Leistungen der Quantenmechanik geführt haben.