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Fouriertransformation und Quantenmechanik – Zur ontologischen Struktur von Raum, Bewegung und Spektrum.

Manfred Albert Hörz

Published Jul 27, 2026• 0 citations
Publisher

Abstract

Eine philosophisch und mathematisch fundierte Darstellung der Fouriertransformation im Kontext der Quantenmechanik. Der Text verbindet historische Reflexion (Parmenides, Demokrit, Fourier, Dirac) mit einer präzisen Herleitung von Fourierreihe, Fouriertransformation und diskreter Fouriertransformation und zeigt, wie Orts‑ und Impulsdarstellung der Wellenfunktion durch Fouriertransformation ineinander übergehen. Besonderer Schwerpunkt liegt auf der ontologischen Bedeutung des Kontinuums und der Spektralanalyse für die Struktur der Quantenphysik. This work presents a concise and conceptually unified introduction to Fourier analysis in the context of quantum mechanics. It traces the historical development from classical harmonic decomposition to the modern Fourier transform and shows how periodic functions, spectral components, and exponential modes form the mathematical foundation of quantum theory. The transition from Fourier series to the continuous Fourier transform is derived rigorously, leading to the representation of quantum states in position and momentum space. Using Dirac notation, the text demonstrates that the wavefunction in momentum space is the Fourier transform of the position‑space wavefunction, revealing the spectral structure of quantum motion. The discrete Fourier transform (DFT) is introduced as a numerical analogue relevant for lattice models and quantum field theory. Overall, the text connects mathematical formalism, physical interpretation, and the ontology of the continuum in a compact and accessible way.

DOI
10.5281/zenodo.21630248

Related papers

Quantenmechanik Teil 2 – Verschränkung, kontinuierliche Wellenfunktionen und Operatoren. Von Produktzuständen über schwache Verschränkung bis zum Singulett – Übergang vom Diskreten zum Kontinuum.

Manfred Albert Hörz

Darstellung der drei fundamentalen Verschränkungsgrade in der Quantenmechanik anhand vollständiger Dichtematrizen, Erwartungswerte und Korrelationen. Der Text führt anschließend vom diskreten Spin‑Formalismus zu kontinuierlichen Wellenfunktionen, Wahrscheinlichkeitsdichten, Dirac‑Delta‑Distributionen und hermiteschen Operatoren. Abschließend wird die Orts‑ und Impulsdarstellung über Eigenwertgleichungen und Fourierstrukturen hergeleitet. Presentation of the three fundamental degrees of entanglement in quantum mechanics using complete density matrices, expectation values, and correlations. The text then transitions from discrete spin formalism to continuous wavefunctions, probability densities, Dirac delta distributions, and hermitian operators. Finally, position and momentum representations are derived via eigenvalue equations and Fourier structures.

•Jul 27, 2026•0 citations

Quantum Computing : proof of concept analysis of the quantum fourier transform

Chris-André Zank

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit dem Thema Quantencomputing. Quantencomputing gewinnt zunehmend an Bedeutung, da Quantencomputer ein schnell wachsendes technologisches Potenzial haben, um komplexe technische Probleme schneller als herkömmliche Computer zu lösen. Das erste Ziel dieser Arbeit ist es, die grundlegenden Konstrukte der linearen Algebra einzuführen, die das mathematische Werkzeug zur Beschreibung von Zuständen, Operationen und Transformationen im Quantencomputing ist. Diese mathematischen Konstrukte werden dann mit diesem Gebiet verknüpft. Darüber hinaus wird das von International Business Machines Corporation(IBM) Qiskit Python Framework als Basis für die Konstruktion von Quantenschaltungen verwendet. Dieses Framework bietet einen praktisch veranlagten Einstieg in das Quantencomputing und wird des weiteren auf seine Funktionalität hin betrachtet. Auf diese Weise werden die wesentlichen Konstrukte des Quantencomputing wie Superposition und Verschränkung veranschaulicht. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, eine Analyse der Quanten-Fouriertransformation(QFT) mit Hilfe des Qiskit Frameworks vorzunehmen. Es werden die Analogien zur konventionellen Diskreten Fouriertransformation(DFT) in der digitalen Signalverarbeitung aufgezeigt. Durch Anwendung der QFT wurden einfache sinusförmige Signale in ihre Frequenzkomponenten zerlegt und es wird gezeigt, dass ein ähnliches Ergebnis wie bei der DFT bzw. der schnellen Fouriertransformation(FFT) erzielt wurde.

•Jan 1, 2024•0 citations

Symmetrien und Erhaltungssätze in der Quantenmechanik. Unitäre Transformationen, Generatoren, Lie‑Algebren, Drehimpuls und die Ontologien von Heisenberg und Schrödinger.

Manfred Albert Hörz

Darstellung der Symmetrien in der Quantenmechanik anhand unitärer Operatoren, infinitesimaler Transformationen und ihrer Generatoren. Der Text zeigt, wie aus der Unitarität die Schrödingergleichung folgt, wie Symmetrien mit dem Hamiltonoperator verknüpft sind und wie daraus Erhaltungssätze entstehen. Ergänzend wird die unterschiedliche Ontologie von Heisenberg (Operator‑Struktur) und Schrödinger (Wellen‑Prozess) herausgearbeitet. Presentation of symmetries in quantum mechanics through unitary operators, infinitesimal transformations, and their generators. The text shows how the Schrödinger equation arises from unitarity, how symmetries relate to the Hamiltonian, and how conservation laws follow. Additionally, the distinct ontologies of Heisenberg (operator‑structure) and Schrödinger (wave‑process) are analyzed.

•Jul 27, 2026•0 citations

The concepts of reality in the interpretations of Quantum Mechanics

Gerd Christian Krizek

In dieser Arbeit wird ein Klassifikations-Schema prasentiert, anhand dessen die Eigenheiten der verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik bezuglich des Formalismus, der Deutung, der verwendeten Konzepte und der Ontologie verglichen werden konnen. Mithilfe des Schemas wird die Einsteinsche Konzeption von Realitat im Kontext mit dem EPR Paradoxon untersucht. Dabei wird der Begriff der Vollstandigkeit, der bei dem EPR-Argument von zentraler Bedeutung ist, analysiert und in seiner vielfaltigen Verwendung definiert. Begleitet wird die Darstellung von einem Uberblick zu den Schematas verwandter Konzeptionen zu der Strukturen von wissenschaftlichen Theorien. Diese entwickelten sich mit dem Aufkommen des logischen Empirismus und erfuhren eine wesentliche Entwicklung und Wandlung im Hinblick auf die Realismus-Debatte. Die Anwendbarkeit von Ockham's razor in den Interpretationen der Quantenmechanik wird anhand einer historischen Analyse der Ursprunge dieser Heuristik untersucht und hinterfragt. Die Anwendung in ontologischen Aussagen und Argumenten von verschiedenen Interpretationen wird einer kritischen Analyse unterzogen. Die verschiedenen Konzepte von Realitat die in der klassischen Physik, im EPRArgument, den Bell-Ungleichungen, und dem Kochen-Specker-Theorem verwendet werden, werden definiert und gebrauchlichen Realitatskonzepten in der Wissenschaftstheorie gegenubergestellt. Dabei zeigt sich der strukturelle Realismus als vielversprechender Ansatz um die weltanschaulichen Probleme der Quantenmechanik zu bewaltigen, indem auf die primare Rolle von Objekten verzichtet wird. Anhand des Klassifikationsschemas wird der ontologische Gehalt der verschiedenen Interpretationen untersucht und gegenubergestellt. Dabei wird die jeweilige Konzeption von Realitat prasentiert.

•Jan 1, 2017•0 citations

Derivation of the Dirac Equation from Quantum Mechanics and Special Relativity

Manfred Albert Hörz

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.

•Jul 17, 2026•0 citations

Die Schrödingergleichung : eine mathematische Analyse der Quantenwelt

Walser, Dominik

Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, die mathematischen Grundlagen der Schrödingergleichung und ihre Anwendungen in der Quantenmechanik zu untersuchen. Die Arbeit beleuchtet den historischen Kontext von Erwin Schrödinger und seinen Weg zur Herleitung seiner Gleichung. Es folgt eine detaillierte mathematische Analyse, mit der die Schrödingergleichung im Allgemeinen erklärt und gelöst wird. Schließlich werden zwei Arbeitsblätter für höhere technische Schulen entwickelt, die sich auf gewöhnliche Differentialgleichungen und partielle Ableitungen konzentrieren, mit dem Ziel, mathematische Konzepte durch interdisziplinäre und historische Elemente zugänglich zu machen.

•Jan 1, 2025•0 citations
Eine philosophisch und mathematisch fundierte Darstellung der Fouriertransformation im Kontext der Quantenmechanik. Der Text verbindet historische Reflexion (Parmenides, Demokrit, Fourier, Dirac) mit einer präzisen Herleitung von Fourierreihe, Fouriertransformation und diskreter Fouriertransformation und zeigt, wie Orts‑ und Impulsdarstellung der Wellenfunktion durch Fouriertransformation ineinander übergehen. Besonderer Schwerpunkt liegt auf der ontologischen Bedeutung des Kontinuums und der Spektralanalyse für die Struktur der Quantenphysik. This work presents a concise and conceptually unified introduction to Fourier analysis in the context of quantum mechanics. It traces the historical development from classical harmonic decomposition to the modern Fourier transform and shows how periodic functions, spectral components, and exponential modes form the mathematical foundation of quantum theory. The transition from Fourier series to the continuous Fourier transform is derived rigorously, leading to the representation of quantum states in position and momentum space. Using Dirac notation, the text demonstrates that the wavefunction in momentum space is the Fourier transform of the position‑space wavefunction, revealing the spectral structure of quantum motion. The discrete Fourier transform (DFT) is introduced as a numerical analogue relevant for lattice models and quantum field theory. Overall, the text connects mathematical formalism, physical interpretation, and the ontology of the continuum in a compact and accessible way.
Darstellung der drei fundamentalen Verschränkungsgrade in der Quantenmechanik anhand vollständiger Dichtematrizen, Erwartungswerte und Korrelationen. Der Text führt anschließend vom diskreten Spin‑Formalismus zu kontinuierlichen Wellenfunktionen, Wahrscheinlichkeitsdichten, Dirac‑Delta‑Distributionen und hermiteschen Operatoren. Abschließend wird die Orts‑ und Impulsdarstellung über Eigenwertgleichungen und Fourierstrukturen hergeleitet. Presentation of the three fundamental degrees of entanglement in quantum mechanics using complete density matrices, expectation values, and correlations. The text then transitions from discrete spin formalism to continuous wavefunctions, probability densities, Dirac delta distributions, and hermitian operators. Finally, position and momentum representations are derived via eigenvalue equations and Fourier structures.
Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit dem Thema Quantencomputing. Quantencomputing gewinnt zunehmend an Bedeutung, da Quantencomputer ein schnell wachsendes technologisches Potenzial haben, um komplexe technische Probleme schneller als herkömmliche Computer zu lösen. Das erste Ziel dieser Arbeit ist es, die grundlegenden Konstrukte der linearen Algebra einzuführen, die das mathematische Werkzeug zur Beschreibung von Zuständen, Operationen und Transformationen im Quantencomputing ist. Diese mathematischen Konstrukte werden dann mit diesem Gebiet verknüpft. Darüber hinaus wird das von International Business Machines Corporation(IBM) Qiskit Python Framework als Basis für die Konstruktion von Quantenschaltungen verwendet. Dieses Framework bietet einen praktisch veranlagten Einstieg in das Quantencomputing und wird des weiteren auf seine Funktionalität hin betrachtet. Auf diese Weise werden die wesentlichen Konstrukte des Quantencomputing wie Superposition und Verschränkung veranschaulicht. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, eine Analyse der Quanten-Fouriertransformation(QFT) mit Hilfe des Qiskit Frameworks vorzunehmen. Es werden die Analogien zur konventionellen Diskreten Fouriertransformation(DFT) in der digitalen Signalverarbeitung aufgezeigt. Durch Anwendung der QFT wurden einfache sinusförmige Signale in ihre Frequenzkomponenten zerlegt und es wird gezeigt, dass ein ähnliches Ergebnis wie bei der DFT bzw. der schnellen Fouriertransformation(FFT) erzielt wurde.
Darstellung der Symmetrien in der Quantenmechanik anhand unitärer Operatoren, infinitesimaler Transformationen und ihrer Generatoren. Der Text zeigt, wie aus der Unitarität die Schrödingergleichung folgt, wie Symmetrien mit dem Hamiltonoperator verknüpft sind und wie daraus Erhaltungssätze entstehen. Ergänzend wird die unterschiedliche Ontologie von Heisenberg (Operator‑Struktur) und Schrödinger (Wellen‑Prozess) herausgearbeitet. Presentation of symmetries in quantum mechanics through unitary operators, infinitesimal transformations, and their generators. The text shows how the Schrödinger equation arises from unitarity, how symmetries relate to the Hamiltonian, and how conservation laws follow. Additionally, the distinct ontologies of Heisenberg (operator‑structure) and Schrödinger (wave‑process) are analyzed.
In dieser Arbeit wird ein Klassifikations-Schema prasentiert, anhand dessen die Eigenheiten der verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik bezuglich des Formalismus, der Deutung, der verwendeten Konzepte und der Ontologie verglichen werden konnen. Mithilfe des Schemas wird die Einsteinsche Konzeption von Realitat im Kontext mit dem EPR Paradoxon untersucht. Dabei wird der Begriff der Vollstandigkeit, der bei dem EPR-Argument von zentraler Bedeutung ist, analysiert und in seiner vielfaltigen Verwendung definiert. Begleitet wird die Darstellung von einem Uberblick zu den Schematas verwandter Konzeptionen zu der Strukturen von wissenschaftlichen Theorien. Diese entwickelten sich mit dem Aufkommen des logischen Empirismus und erfuhren eine wesentliche Entwicklung und Wandlung im Hinblick auf die Realismus-Debatte. Die Anwendbarkeit von Ockham's razor in den Interpretationen der Quantenmechanik wird anhand einer historischen Analyse der Ursprunge dieser Heuristik untersucht und hinterfragt. Die Anwendung in ontologischen Aussagen und Argumenten von verschiedenen Interpretationen wird einer kritischen Analyse unterzogen. Die verschiedenen Konzepte von Realitat die in der klassischen Physik, im EPRArgument, den Bell-Ungleichungen, und dem Kochen-Specker-Theorem verwendet werden, werden definiert und gebrauchlichen Realitatskonzepten in der Wissenschaftstheorie gegenubergestellt. Dabei zeigt sich der strukturelle Realismus als vielversprechender Ansatz um die weltanschaulichen Probleme der Quantenmechanik zu bewaltigen, indem auf die primare Rolle von Objekten verzichtet wird. Anhand des Klassifikationsschemas wird der ontologische Gehalt der verschiedenen Interpretationen untersucht und gegenubergestellt. Dabei wird die jeweilige Konzeption von Realitat prasentiert.
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.
Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, die mathematischen Grundlagen der Schrödingergleichung und ihre Anwendungen in der Quantenmechanik zu untersuchen. Die Arbeit beleuchtet den historischen Kontext von Erwin Schrödinger und seinen Weg zur Herleitung seiner Gleichung. Es folgt eine detaillierte mathematische Analyse, mit der die Schrödingergleichung im Allgemeinen erklärt und gelöst wird. Schließlich werden zwei Arbeitsblätter für höhere technische Schulen entwickelt, die sich auf gewöhnliche Differentialgleichungen und partielle Ableitungen konzentrieren, mit dem Ziel, mathematische Konzepte durch interdisziplinäre und historische Elemente zugänglich zu machen.