Silvia Arroyo Camejo. Skurrile Quantenwelt ABC

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1 Silvia Arroyo Camejo Skurrile Quantenwelt ABC

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Licht und Materie Was ist eigentlich Licht? Aber was schwingt da wie? Was sind Frequenz und Wellenlänge des Lichts? Was ist eigentlich Materie? Woraus besteht ruhemassebehaftete Materie? Sind Elementarteilchen wirklich Teilchen? Die Herkunft des Planckschen Wirkungsquantums Woher kommt die Quantenhypothese? Wie konnte die Ultraviolettkatastrophe gelöst werden? Wovon ist der Energiebetrag eines Lichtquants abhängig? Der photoelektrische Effekt Was ist der photoelektrische Effekt? Was ist das Nichtklassische am Photoeffekt? Wie löste Einstein diese Widersprüche? Wie lässt sich hierdurch ein Wert für h bestimmen?

3 X Zur Entstehung dieses Buchs 4 Das Doppelspaltexperiment Was ist das Doppelspaltexperiment? Was passiert beim Doppelspaltversuch mit Licht? Wie lässt sich das Streifenmuster erklären? Ist Licht also doch eine Welle? Das Doppelspaltexperiment mit Elektronen Kann das Doppelspaltexperiment auch mit Elektronen durchgeführt werden? Was passiert beim Doppelspaltexperiment mit Elektronen? Könnte man sich das Streifenmuster nicht auch anders erklären? 47 Muss das Elektron nun doch als Welle angesehen werden? Welche Schlüsse muss man aus dem Ausgang des Experiments ziehen? Der Compton-Effekt Was versteht man unter dem Compton-Effekt? Wie lässt sich die Wellenlängenänderung berechnen? Warum tritt der Compton-Effekt nicht bei sichtbarem Licht auf?. 58 Ist der Compton-Effekt nur mit einem Teilchenmodell beschreibbar? Die Heisenbergsche Unschärferelation Was besagt die Heisenbergsche Unschärferelation? Wie kann man sich die Unschärferelation praktisch vorstellen?.. 64 Ließe sich das Interferenzmuster ebenfalls durch die Unschärferelation erklären? Was lässt sich aus dem Ausgang der Experimente schließen? Ist das Doppelspaltexperiment auch mit anderen Teilchen durchführbar? Was ist das Elektron jetzt eigentlich wirklich: Welle oder Teilchen? Der Kollaps der Wellenfunktion Wo liegt überhaupt der Widerspruch zwischen dem Wellen- und dem Teilchenmodell? Was genau bedeutet der Begriff Welle-Teilchen-Dualismus? Wie wird aus der Elektronen-Welle ein Teilchen auf dem Projektionsschirm? Was geschieht mit dem Rest der Elektronen-Welle?

4 Zur Entstehung dieses Buchs XI Wie steht es um Gleichzeitigkeit und instantane Informationsübertragung? Wodurch wird der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst? Die Bohr-Einstein-Debatte Wie kam es zur Bohr-Einstein-Debatte? Was ist denn Zufall physikalisch gesehen überhaupt? Wie lautete Einsteins Kritik? Welche Experimente diskutierten Bohr und Einstein? Welche experimentellen Fakten lagen den Diskussionen zu Grunde? Wie lautete Bohrs Entgegnung? Welche Schlussfolgerungen kann man aus der Bohr-Einstein-Debatte ziehen? Das Bohrsche Atommodell Welche Atommodelle gab es? Welche Makel besitzt das Planetenmodell Rutherfords? Wie löst das Bohrsche Atommodell diese Diskrepanzen? Was ist der Bohrsche Radius? Welche Werte besitzen die Energieniveaus in der Atomhülle? Wie geschieht die Absorption bzw. Emission von Photonen? Ist das Bohrsche Atommodell als richtig anzusehen? Die Schrödinger-Gleichung Was ist der Unterschied zwischen der Matrizen- und der Wellenmechanik? Welche Bedeutung kommt der Wellenfunktion zu? Wie leitet sich die Schrödinger-Gleichung her? Was berechnet man mit der Schrödinger-Gleichung? Welche Auswirkung hatte die Schrödinger-Gleichung auf das Atommodell? Schrödingers Katze Worum handelt es sich bei Schrödingers Katze? Wie ist das Gedankenexperiment um Schrödingers Katze aufgebaut? Wo liegt die Paradoxie beim Gedankenexperiment um Schrödingers Katze?

5 XII Zur Entstehung dieses Buchs Wie stellt man den überlagerten Zustand eines Teilchens quantenmechanisch dar? In welchem Zustand befindet sich die Katze? Die Interpretation des quantenmechanischen Formalismus Wie lautet die Lösung des Schrödingerschen Katzenparadoxons?. 142 Was besagt die Kopenhagener Deutung? Was besagt die Viele-Welten-Interpretation? Was besagt die Theorie der Dekohärenz? Welche Interpretation entspricht der Realität? Das EPR-Paradoxon Was ist das EPR-Paradoxon und woher kommt es? Wie sieht der gedankliche Versuchsaufbau des EPR-Experiments aus? Ist also doch kein Paradigmenwechsel durch die Quantenmechanik nötig? Ist die Quantenmechanik tatsächlich unvollständig? Quantenmechanik oder Theorien verborgener Variabler? Schließt die Quantenmechanik verborgene Variable prinzipiell aus? Wie gestaltet sich die Bohmsche Mechanik? Die Bellsche Ungleichung Ist eine experimentelle Entscheidung über verborgene Variablen möglich? Was ist der Spin eines Teilchens? Spinmessung nach Theorien verborgener Variabler oder Quantenmechanik? Wie gestaltet sich der Aufbau des Bohmschen EPR-Experiments? 180 Wie lauten die Voraussagen der Theorien verborgener Variabler? 182 Wie geschieht die experimentelle Überprüfung der Voraussagen? Die modernen Anwendungen der Quantenphysik Wie wird die Quantenphysik praktisch angewendet? Was ist Quanteninformation? Was ist Quanten-Teleportation? Was sind Quanten-Computer? Was ist Quanten-Kryptographie?

6 Zur Entstehung dieses Buchs XIII 17 Quantengravitation Wozu brauchen wir eine Quantengravitation? Gibt es eine Lösung für den Theorien-Konflikt? Was besagt die Stringtheorie? Was besagt die Loop-Quantengravitation? Bestehen zwischen den Quantengravitationstheorien auch Gemeinsamkeiten? Ist Quantengravitation noch Physik oder schon Philosophie? Nachwort Glossar Weiterführende Literatur Sach- und Namenverzeichnis