Quantenmechanik einfach erklärt?

Ich würde gerne mehr in Physik lernen es interessiert mich sehr und ich bin auch sehr gut, mich interessiert besonders was ist Quantenmechanik, wo und wie wird sie angewendet und was ist in Zukunft damit möglich?

Ich hab wirklich leider noch keine Ahnung über das Thema, gerade deshalb interessiert es mich so sehr!

Vielen Dank und Liebe Grüße

Answer 1

[SlowPhil]

Hallo Ebekas,

eine ähnliche Frage hat vor nicht allzu langer Zeit schon jemand Anderes gestellt, und ich habe sie auch ausführlich beantwortet.

Felder, Wellen und Teilchen

• Wellen, namentlich elektromagnetische, bestehen immer aus unheilbaren Energieportionen, den Photonen, den elementaren Anregungen des allgegenwärtigen elektromagnetischen Feldes.
• Materieteilchen sind nicht als kleine Murmeln oder Ähnliches aufzufassen, sondern als elementare Anregungen allgegenwärtiger Felder und haben einen Wellencharakter.

Die Energie E eines Teilchens ist proportional zur Frequenz f bzw. der Kreisfrequenz ω = 2πf und umgekehrt, der Impuls p› zum Wellenvektor k›, dessen Betrag, die Kreiswellenzahl k antiproportional zur Wellenlänge λ ist: k = 2π⁄λ. Die Proportionalitätskonstante ist das reduzierte PLANCKsche Wirkungsquantum

(1) ħ = 1,054×10⁻³⁴ Js.

Der Zustand des Teilchens wird durch eine Wellenfunktion ψ(r›, t) beschrieben, die räumlich und zeitlich periodisch ist. Dabei ist natürlich t die Zeit und

(2) r› = (x | y | z) der Ort.

Amplitude und Phase

Ihre Werte sind keine einfachen Reellen Zahlen, sondern Komplexe Zahlen der Form A∙e^i∙φ, wobei A die Amplitude und φ die Phase heißt und typischerweise die Form

(3) ‹k∙r› − ωt = k_x∙x + k_y∙y + k_z∙z − ωt,

und i ist die imaginäre Einheit, deren Quadrat −1 ist.

Es ist nicht so wichtig, dass es sich um Komplexe Zahlen handelt, entscheidend ist, dass ⎜ψ⎟ = A ist; das geht auch mit einem zweikomponentigen Vektor der Form

A∙(cos(φ) | sin(φ)).

Quadratintegrabilität

Wichtig ist auch, dass ⎜ψ⎟² über den ganzen Raum integriert etwas Endliches ergeben muss. A kann immer so gewählt werden, dass es 1 ergibt, und das ermöglicht die Interpretation von ⎜ψ⎟² als Wahrscheinlichkeitsdichte dafür, das Teilchen zur Zeit t am Ort r› zu detektieren.

Ein Teilchen kann also gar keinen scharf bestimmten Impuls haben, denn dazu gehörte auch ein räumlich konstanter Wellenvektor, das ψ, das so etwas darstellen sollte, müsste eine Ebene Welle sein.

Ganz gut kann man sich das als GAUßsches Wellenpaket vorstellen, also A als räumliche GAUß- Funktion, also eine Funktion der Form e^{−‹r∙r›/2σ}, wobei σ die Standardabweichung ist.

HEISENBERGs Unbestimmtheitsrelation

Ein sehr großes σ steht für ein Teilchen mit großer Genauigkeit beim Impuls und geringer bei der Position des Teilchens, ein sehr kleines für ein sehr genau lokalisiertes Teilchen, aber einem ungenau definierten Impuls.

Generell ist es so, dass jede Verbesserung der Genauigkeit der Position zu Lasten der Genauigkeit beim Impuls geht. Das Produkt dieser Standardabweichungen für eine bestimmte Ortskoordinate und den zugehörigen Impuls ist ħ.

Beispiel Elektron im Atom

Ein Elektron muss in einem Atom eine Stehende Welle bilden, um einen stabilen Zustand einzunehmen; Dieser Zustand ist durch eine bestimmte Energie und einen bestimmten Drehimpulses gekennzeichnet. Man nennt so eine Stehende Welle auch ein Orbital.

Abb. : Elektronenorbitale; erstellt mit der App 'Electron Orbitals'

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung

Comments

[SlowPhil]

Vielen Dank für den Stern!

Answer 2

[iSolveProblems]

Anwendungsbereiche sind an unserer Universität im Institut für theoretische Physik z.B. Quantenoptik, in den Experimenten kommen monochromatische und kohärente Lichtquellen wie Laser zum Einsatz, um die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zu ergründen. Hier wird insbesondere der Teilchencharakter des Lichts berücksichtigt, der im Gegensatz zur klassischen Optik nicht zum Tragen kommt (Wellencharakter). Aber auch Quantencomputer und die Schaffung eines Quanteninternets, das meiner Meinung nach auch bald in den nächsten 10 Jahren erscheinen wird, sind einige Anwendungsgebiete.

Wenn du schon etwas fortgeschritten in der Mathematik unterwegs bist, sollte dir das Verständnis dahinter nicht all zu schwer fallen:

https://qudev.phys.ethz.ch/static/content/science/BuchPhysikIV/PhysikIVch9.html

Woher ich das weiß: Berufserfahrung – Theoretischer Physiker (Vielteilchensysteme, Quantenoptik)

Answer 3

[aalbtraum, UserMod Light]

In dieser Videoreihe werden die Grundlagen kurz dargelegt.

Understanding Quantum Mechanics #1: It’s not about discreteness

https://www.youtube.com/watch?v=XJSfgE9LUJw&list=PLwgQsqtH9H5djIfFhXE6We207beTgUnyL

Answer 4

[grtgrt]

Google findet einige Einstiegspunkte ins Thema:

https://www.google.com/search?q=Quanten+%22Fakten+%26+Fragen%22+%2Fzfo