Frage von Quaelgeistchen, 59

Spricht man von Quanten, meint man dann Energieportionen?

Ich habe schon öfter in etwa nachfolgendes gelesen: QUANTEN sind die kleinsten Portionen (Einheiten, Werte) einer physikalischen Größe … Oft bezieht sich der Begriff auf kleinste ENERGIEEINHEITEN, die von einem System auf ein anderes übertragen werden. Ist die kleinste Einheit von allen phys. Größen immer Energie? Wenn ja, ist dann quasi "der innersterste/kleinste Bestandteil" von Zeit oder Raum auch Energie?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von grtgrt, 20

Unter Quanten versteht man Teilchen, die klein genug sind, im Doppelspalt-Experiment Interferenz zu zeigen auch dann noch, wenn man sie einzeln hintereinander hin zum Doppelspalt schickt.

Sämtliche Elementarteilchen sind Quanten.in diesem Sinne.

Nach einer Theorie von de-Broglie kann jedes materielle Objekt (z.B. auch jeder Kieselstein oder jeder Planet) als Welle, genauer: als Wellenpaket aufgefasst werden. Für Kieselsteine am Doppelspalt Interferenz zu beobachten ist bisher aber noch nicht gelungen.

Die größten Objekte, für die man bisher per Experiment Quanten-Verhalten nachweisen konnte, sind Fulleren-Moleküle, deren jedes aus 60 Atomen besteht.

Derzeit versuchen Forscher, wenigstens noch für Viren Quantenverhalten per Experiment nachzuweisen. Gelungen ist es ihnen aber noch nicht. Das aber ist kein Wunder, denn die hierfür notwendige Messgenauigkeit steigt mit der Größe der betrachteten materiellen Objekte 

Kommentar von grtgrt ,

Natürlich ist jedes Quant - ja sogar jedes materielle Objekt, wie groß auch immer es sein mag, eine Portion von Energie.

Als Portion von Energie unteilbar aber sind - nach heutigem Kenntnisstand - nur die Quanten, die Elementarteilchen darstellen.

Ich sage ausdrücklich "nach heutigem Kenntnisstand", denn die modernste Beschreibung von Elementarteilchen ist die der Quantenfeldtheorie. Da sich dort aber jedes Elementarteilchen nicht einfach als Welle, sondern als Wellenpaket darstellt, sollte man eigentlich meinen, dass unteilbare Portionen von Energie nur die sind, die einzelne Wellen in so einem Paket darstellen.

Kommentar von Quaelgeistchen ,

Vielen Dank, jetzt sind wir zumindest bei Energie, was meiner eigentlich gestellten Frage schon näher kommt. Das man als Quant die kleinste unteilbare Einheit IRGENDEINER physikalischen Größe bezeichnet, versteh ich (Prise, Quäntchen - bei dem es nicht zwangsläufig um Energie gehen muss). Darum will es ja auch nicht in meinen Kopf, warum es bei Quanten dann trotzdem so häufig um das Annehmen bzw. um den Austausch diskreter Energiewerte geht, obwohl es ja physikalische Größen gibt, die offensichtlich in gar keinem Zusammenhang mit Energie stehen (wie LÄNGE). Wieso man diese "kleinsten Portionen" einer Größe dann obendrein oft speziell im Zusammenhang mit dem Teilchen- und nicht mit dem Wellen-Charakter eines Quanten-Objekts erwähnt (bzw. von Quanten im selben Atemzug wie von Teilchen spricht) ist mir ebenso rätselhaft. 

Kommentar von grtgrt ,

Eine andere gute Antwort auf deine Frage:

Quanten sind Teilchen, für die es mehr Sinn macht, ihr Verhalten mit Hilfe der Gesetze der Quantenmechanik zu beschreiben als mit Hilfe der Gesetze der Relativitätstheorie oder der klassischen Physik.

Kommentar von Quaelgeistchen ,

Leider scheint diese Tatsache das Einzigste zu sein, das ich mir wirklich gut vorstellen kann!

Kommentar von grtgrt ,

Das ist gut, denn eben dies ist die einfachste und dennoch eine wirklich genaue Definition des Begriffs Quant.

Kommentar von grtgrt ,

Nebenbei noch:

Es gibt keine kleinsten Energieportionen, denn:

  • das Plancksche Wirkungsquantum ist keine Portion von Energie, sondern - anders als sein Name vermuten lässt - nur ein Proportionalitätsfaktor, der Verwendung findet wie folgt:
  • Jede Lichtwelle ist Träger einer nur ganz oder gar nicht verbrauchbaren Portion von Energie. Die Menge durch sie dargestellter Energie ist die Frequenz der Welle multipliziert mit dem Planckschen Wirkungsquantum.
  • Es gibt Lichtwellen beliebig großer Wellenlänge (also beliebig kleiner Frequenz).
Kommentar von Quaelgeistchen ,

Aha ... bin mir noch nicht ganz sicher ob ich jetzt mehr oder weniger verwirrt bin (werd mal ne Nacht drüber schlafen)! Ist das, was ich da gelesen (siehe Link) habe, dann Schwachsinn? Da geht es um die Energieeinheiten, die ich anscheinend vollkommen missverstehe.

http://www.quanten.de/wassindquanten.html

Kommentar von grtgrt ,

Dass man nur Elementarteilchen als Quant bezeichnet, ist nicht richtig.

Es ist schon so, wie ich oben sage: Quanten sind Materie oder Strahlung darstellende Teilchen, die am Doppelspalt auch dann noch wirklich beobachtbare Interferenz zeigen, wenn man sie einzeln hintereinander hin zum Doppelspalt schickt: Portionen von Energie, die man als Wellenpaket erkennen kann.

Jedes einzelne kann durchaus aus einigen Dutzend Atomen bestehen.

Kleine oder sprichwörtlich "kleinste" Längen werden nie als Quant bezeichnet.

Kommentar von grtgrt ,

Auch der Begriff "Energieeinheit" wird in diesem Zusammenhang niemals benutzt. Von "Einheit" zu reden würde zu sehr an Maßeinheit erinnern. 

Von "Energieportion" zu reden ist ok, obgleich auch dieser Ausdruck recht selten gebraucht wird: 

Man hat ja schließlich den Begriff "Quant" (der an "Quäntchen" oder "Quantum" erinnert, an etwas recht kleines also, aber als Fachbegriff eben doch für etwas weit spezielleres steht).

Kommentar von Quaelgeistchen ,

Danke für deine Geduld, mit einem Neugierigen aber leider zu dummen Geschöpf!

Kommentar von grtgrt ,

Ein Geschöpf, das sich entscheidet zu fragen, wo es selbst nicht weiterkommt, hat allein schon hierdurch bewiesen, dass es nicht dumm ist.

Antwort
von zalto, 29

"Quantisiert" ist am ehesten als Gegenstück zu "kontinuierlich" zu verstehen.

In der Historie der Naturwissenschaften war man lange der Meinung, alles sei kontinuierlich. "Die Natur macht keine Sprünge" war die gängige Lehrmeinung. Nach und nach hat man aber festgestellt, dass es von einigen Dingen kleinste Einheiten, also jeweils ein gewisses "Quantum", gibt. Diese Quanten kann man nicht mehr weiter unterteilen. Das gilt für konkrete Teilchen wie Ladungsträger - aber auch für nicht anfassbare physikalische Größen wie den Drehimpuls.

Energien können auch quantisiert sein. Am schönsten sieht man das beim Photon, das ist ein reines Energiepaket, ganz ohne eine Ruhemasse.

Aber nicht alle Quanten sind Energiequanten, das sieht man schon bei den Einheiten. Eine kleinstmögliche Fläche würde die Einheit m² haben - und tatsächlich spielt diese Planck-Fläche in Stringtheorien eine Rolle.

Ich würde sagen, wenn es überhaupt eine hervorgehobene Größe gibt, so etwas wie eine Mutter aller quantisierten Größen, dann ist es das Planck'sche Wirkungsquantum.

Antwort
von PhotonX, 41

Nein, es gibt ja zum Beispiel auch das Wirkungsquantum ħ, das nicht die Dimension von Energie hat. Auch Spin ist zum Beispiel quantisiert (in Einheiten von ħ/2, ħ oder sogar 2ħ).

Kommentar von Quaelgeistchen ,

Kann ich auch noch verstehen! ABER: Ein Teilchen, z.B. mit Spin 1/2, hat doch trotzdem auch ein Quantum an Energie - ODER? Oder schließt das Eine das Andere aus? Wie ist das denn nun mit den kleinsten Energieeinheiten zu verstehen? Sind kleinste Portionen an Energie in allem enthalten oder nicht?

Kommentar von PhotonX ,

Nein, das eine schließt das andere nicht aus, aber ein Teilchen muss auch nicht zwingend eine fixe Energie haben. Es kommt ein bisschen darauf an, was man unter einem Teilchen versteht. Je nach Wellenfunktion des Teilchens kann die Energie einen ganz genauen Wert haben oder auch sehr unscharf sein. Feste Energien haben zum Beispiel Photonen, die durch Übergänge von Elektronen in der Hülle eines Atoms entstehen.

Antwort
von Discipulus77, 34

Ein Quant ist die minimale Menge von irgendeiner Größe. Wenn etwas gequantelt ist, dann gibt es also die kleinsten Einheiten. Die Größe kann nur diskrete Zustände annehmen.

Klassisches Beispiel (Klassisch im sprachlichen Sinne, nicht physikalisch): Photonen.

Kommentar von Quaelgeistchen ,

Ja, der Teil ist nicht sonderlich schwer zu verstehen, aber: "Oft bezieht sich der Begriff auf kleinste ENERGIEEINHEITEN" ... die Frage ging noch weiter!

Kommentar von Discipulus77 ,

Ich dachte meine Antwort wäre klar genug, nicht alle Quanten sind "Energieeinheiten".

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