Sivia Arroyo Camejo gewährt in ihrem Buch einen tiefen Einblick in die Welt des Mikrokosmos, das faszinierende Gebiet der kleinsten Teilchen, deren Verhaltensweisen sich fundamental von dem unterscheiden, was der gesunde Menschenverstand normalerweise erwartet. Sie schließt damit endlich die Lücke zwischen der meist formelfreien populärwissenschaftlich Literatur über die Quantenphysik und der mit höherer Mathematik gespickten Studienliteratur.
»Physikalisch äußerst präzise erklärt sie mit großer Lust und Leidenschaft die Grundlagen der modernen Quantenphysik.“ Prof. Reinhold A. Bertlmann
/ AUS DEM INHALT: / / /
Einleitung 15
1 Licht und Materie 21
Was ist eigentlich Licht? 21
Aber was schwingt da wie? 23
Was sind Frequenz und Wellenlänge des Lichts ? 26
Was ist eigentlich Materie? 27
Woraus besteht ruhemassebehaftete Materie ? 28
Sind Elementarteilchen wirklich Teilchen ? 31
2 Die Herkunft des Planck'schen Wirkungsquantums ... 34
Woher kommt die Quantenhypothese ? 34
Wie konnte die Ultraviolettkatastrophe gelöst werden? 36
Wovon ist der Energiebetrag eines Lichtquants abhängig ? 38
3 Der photoelektrische Effekt 41
Was ist der photoelektrische Effekt? 41
Was ist das Nichtklassische am Photoeffekt ? 43
Wie löste Einstein diese Widersprüche ? 47
Wie lässt sich hierdurch ein Wert für h bestimmen? .... 50
4 Das Doppelspaltexperiment 53
Was ist das Doppelspaltexperiment ? 53
Was passiert beim Doppelspaltversuch mit Licht ? 55
Wie lässt sich das Streifenmuster erklären ? 60
Ist Licht also doch eine Welle? 63
5 Das Doppelspaltexperiment mit Elektronen 64
Kann das Doppelspaltexperiment auch mit
Elektronen durchgeführt werden ? 64
Was passiert beim Doppelspaltexperiment mit Elektronen? 65
Könnte man sich das Streifenmuster nicht auch anders erklären? 68
Muss das Elektron nun doch als Welle angesehen werden? 70
Welche Schlüsse muss man aus dem Ausgang des Experiments ziehen ? 72
6 Der Compton-Effekt 74
Was versteht man unter dem Compton-Effekt ? 74
Wie lässt sich die Wellenlängenänderung berechnen? 76
Warum tritt der Compton-Effekt nicht bei sichtbarem Licht auf ? 82
Ist der Compton-Effekt nur mit einem Teilchenmodell beschreibbar ? 84
7 Die Heisenberg'sche Unschärferelation 86
Was besagt die Heisenberg'sche Unschärferelation ? ... 86
Wie kann man sich die Unschärferelation praktisch vorstellen? 89
Ließe sich das Interferenzmuster ebenfalls durch die Unschärferelation erklären? 90
Was lässt sich aus dem Ausgang der Experimente schließen ? 94
Ist das Doppelspaltexperiment auch mit anderen Teilchen durchführbar ? 96
Was ist das Elektron jetzt eigentlich wirklich: Welle oder Teilchen? 97
8 Der Kollaps der Wellenfunktion 100
Wo liegt überhaupt der Widerspruch zwischen dem Wellen- und dem Teilchenmodell ? 100
Was genau bedeutet der Begriff Welle-Teilchen-Dualismus? 103
Wie wird aus der Elektronen-Welle ein Teilchen auf dem Projektionsschirm ? 105
Was geschieht mit dem Rest der Elektronen-Welle ?.... 107
Wie steht es um Gleichzeitigkeit und instantane Informationsübertragung ? 108
Wodurch wird der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst? 112
9 Die Bohr-Einstein-Debatte 117
Wie kam es zur Bohr-Einstein-Debatte ? 117
Was ist denn "Zufall" physikalisch gesehen überhaupt? 120
Wie lautete Einsteins Kritik? 122
Welche Experimente diskutierten Bohr und Einstein? 126
Welche experimentellen Fakten lagen den Diskussionen zugrunde ? 130
Wie lautete Bohrs Entgegnung? 131
Welche Schlussfolgerungen kann man aus der Bohr-Einstein-Debatte ziehen ? 134
10 Das Bohr'sche Atommodell 137
Welche Atommodelle gab es? 137
Welche Makel besitzt das Planetenmodell Rutherfords? 140
Wie löst das Bohr'sche Atommodell diese Diskrepanzen? 142
Was ist der Bohr'sche Radius? 145
Welche Werte besitzen die Energieniveaus in der Atomhülle? 148
Wie geschieht die Absorption bzw. Emission von Photonen? 149
Ist das Bohr'sche Atommodell als "richtig" anzusehen ? 151
11 Die Schrödinger-GIeichung 153
Was ist der Unterschied zwischen der Matrizen- und der Wellenmechanik? 153
Welche Bedeutung kommt der Wellenfunktion zu ?... 156
Wie leitet sich die Schrödinger-GIeichung her ? 159
Was berechnet man mit der Schrödinger-GIeichung? 164
Welche Auswirkung hatte die Schrödinger-Gieichung auf das Atommodell? 166
12 Schrödingers Katze 169
Worum handelt es sich bei Schrödingers Katze ? 169
Wie ist das Gedankenexperiment um Schrödingers Katze aufgebaut? 172
Wo liegt die Paradoxie beim Gedankenexperiment um Schrödingers Katze? 173
Wie stellt man den überlagerten Zustand eines Teilchens quantenmechanisch dar ? 175
In welchem Zustand befindet sich die Katze ? 180
13 Die Interpretation des quantenmechanischen Formalismus 182
Wie lautet die Lösung des Schrödinger'schen Katzenparadoxons? 182
Was besagt die Kopenhagener Deutung ? 184
Was besagt die Viele-Welten-Interpretation ? 188
Was besagt die Theorie der Dekohärenz ? 194
Welche Interpretation entspricht der "Realität" ? 203
14 Das EPR-Paradoxon 206
Was ist das EPR-Paradoxon und woher kommt es?... 206
Wie sieht der gedankliche Versuchsaufbau des EPR-Experimentsaus? 209
Ist also doch kein Paradigmenwechsel durch die Quantenmechanik nötig? 214
Ist die Quantenmechanik tatsächlich unvollständig? 216
Quantenmechanik oder Theorien verborgener Variablen ? 217
Schließt die Quantenmechanik verborgene Variable prinzipiell aus ? 219
Wie gestaltet sich die Bohm'sche Mechanik ? 221
15 Die Bell'sche Ungleichung 224
Ist eine experimentelle Entscheidung über verborgene Variablen möglich? 224
Was ist der Spin eines Teilchens? 226
Spinmessung nach Theorien verborgener Variablen oder Quantenmechanik ? 229
Wie gestaltet sich der Aufbau des Bohm'schen EPR-Experiments? 233
Wie lauten die Voraussagen der Theorien verborgener Variablen ? 236
Wie geschieht die experimentelle Überprüfung der Voraussagen ? 241
16 Die modernen Anwendungen der Quantenphysik 245
Wie wird die Quantenphysik praktisch angewendet? 245
Was ist Quanteninformation? 246
Was ist Quanten-Teleportation? 248
Was sind Quanten-Computer? 257
Was ist Quanten-Kryptographie ? 261
17 Quantengravitation 272
Wozu brauchen wir eine Quantengravitation ? 272
Gibt es eine Lösung für den Theorien-Konflikt ? 275
Was besagt die Stringtheorie ? 277
Was besagt die Loop-Quantengravitation ? 279
Bestehen zwischen den Quantengravitationstheorien
auch Gemeinsamkeiten? 281
Ist Quantengravitation noch Physik oder schon Philosophie ? 285
Nachwort 289
Glossar 293
Weiterführende Literatur 298
Sach- und Personenverzeichnis 308