Was ist ein Quant bzw. Quantenobjekt?

7 Antworten

Ein Quant ist eine Portion einer physikalischen Größe, zum Beispiel eine Portion Energie elektromagnetischer Wellen

(1) ϵ = h·f = 2π·ħ·f = ħ·ω

mit dem Planck'schen Wirkungsquantum h bzw. dem reduzierten Planck'schen Wirkungsquantum ħ, der Frequenz f bzw. der Kreisfrequenz ω. Diese Portion kann immer nur als Ganze aufgenommen oder abgegeben werden; genau deshalb gibt es überhaupt farbige Stoffe.

Der Impuls einer solchen Portion, die man Photon nennt, ist

(2) p⃗ = ħ·k⃗, k = |k⃗| = 2π/λ

mit der Wellenlänge λ. Allerdings kann die Energie eines Lichtquants mit der Frequenz beliebig klein werden.

Eine andere Größe, der Drehimpuls, liegt immer in Quanten einer minimalen Größe vor, nämlich ½ħ.

Relativ zu einer gegebenen Achse kann die Projektion eines Bahndrehimpulses nur ganzzahlige Vielfache von ħ annehmen; Werte von ½ħ stehen nur einer spezielle Art Drehimpulse, den Spins offen.

Ein elementares Materieteilchen kann ebenfalls als Quant aufgefasst werden, nämlich als elementare Anregung eines Materiefeldes, die selbst auch einen Wellencharakter hat. Deshalb nehmen Elektronen im Atom nur gewisse Energien und natürlich Drehimpulse an: Sie müssen stehende Wellen ausbilden. 

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Ein Quantenobjekt ist zum Beispiel ein Elementarteilchen oder auch ein aus solchen zusammengesetztes System, das beim besten Willen nicht mehr mit den Mitteln der klassischen Physik beschreiben lassen, da sich beispielsweise der Wellencharakter der Elementarteilchen nicht vernachlässigen lässt.

Quantenobjekt ist kein physikalischer Fachbegriff, sondern wird in der Alltagssprache für etwas verwendet, dessen Verhalten man nur mit den Gesetzen der Quantenphysik beschreiben kann.

Meist sind das Atome oder Elementarteilchen oder Photonen, also kleine Objekte im atomaren Maßstab.

Zwar gilt die Quantenphysik theoretisch natürlich auch für größere Objekte, sie ist schließlich die fundamentalste Theorie der Materie, aber es gibt Prozesse, die dafür sorgen, dass die besonderen "Quanteneigenschaften" nicht mehr auftreten bei großen Objekten wie wir sie aus dem Alltagsleben kennen. (Das nennt man Dekohärenz)

Vieles davon widerspricht der Intuition und wenn man Quanteneigenschaften auf makroskopische Objekte überträgt, kommen dabei oft paradox wirkende Situationen heraus. 

Zum Beispiel die berühmte Schrödingerkatze, die gleichzeitig tot und lebendig ist, oder der Philosoph, der durch zwei Spalte gleichzeitig geht.

Eigentlich ist das kein Subjekt, sondern ein adjektiv. Etwas ist quantisiert, wenn es nur in Mindestmengen verfügbar ist. Mehl kannst Du in beliebigen Mengen kaufen, Autos nur stückweise.

So ist das auch in der Physik im Allerkleinsten. Ein Atom kann zum Bespiel nicht beliebig Energie aufnehmen oder abgeben, sondern nur in bestimmten Portionen.Tut es das, macht es einen "Quantensprung" - der nebenbei gesagt, die kleinste denkbare Veränderung ist und nichts mit der umgangssprachlichen Verwendung zu tun hat.

Auch Raum und Zeit sind quantisiert und damit letzendlich alles. Wahrscheinlich auch die Gravitation, da fehlt nur noch die passende Theorie.

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