Wozu braucht man die Quantenmechanik?

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5 Antworten

Wenn Du Zeit hast, kannst Du Dir hier ein einstündiges Video anschauen, in dem Professor Harald Lesch sehr schön erklärt, was QM ist und warum sie so wichtig ist:

In wenigen Worten ist das schon schwieriger, zumal ich Deine Vorkenntnisse nicht kenne.

Im Rutherfordschen Streuexperiment von 1910 fand man heraus, dass Atome einen positiv geladenen kompakten Kern haben und eine fast leere Hülle, in der die Elektronen sind. Ok?

Damals stellte man sich Protonen/Neutronen und Elektronen noch als klassische Teilchen vor. (Also keine Unschärferelation, kein Welle-Teilchen-Dualismus, etc. das ist alles schon QM)

Und das Problem mit einem klassischen Atommodell liegt wirklich in der Erklärung der diskreten Spektren, denn ein rein klassisches Elektron könnte irgendwo in der Hülle um das Atom kreisen. Eine bewegte Ladung erzeugt in der klassischen Elektrodynamik aber immer(!) eine elektromagnetische Welle, sprich:

Das Elektron verliert im klassischen Bild beim Umkreisen des Atomkerns ständig Energie und würde deshalb spiralförmig in den Atomkern stürzen. Ein Atommodell, das ganz analog dem Sonnensystem läuft, funktioniert nicht, die damit beschriebenen Atome sind _instabil_.

Erst, wenn man einen Welle-Teilchen-Dualismus zugrunde legt und das Elektron als stehende Welle mit den Randwerten Aufenthaltswarscheinlichkeit = 0 am Rand des Atoms und im Atomkern als Knoten dieser stehenden Welle rechnet, erst dann kriegt man stabile Atome.

Ich hoffe, das war einigermaßen verständlich.

Grüße

Flash98787 23.12.2013, 00:28

Danke für die Antwort uteausmuenchen

Warum würde ein Teilchen, das Analog dem Sonnensystem läuft, instabil sein? Ich meine, wenn es im ganz Großen stabil ist, warum dann nicht im ganz Kleinen.

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FredQ 23.12.2013, 01:08
@Flash98787

Das ist ja nur ein Vergleich. Und der HINKT auf unterschiedlichste Weise.

Vergiß es am besten, ein Atom mit einem Sternensystem zu vergleichen. Im All grenzt ja auch nicht ein Sonnensystem fast ohne Abstand ans nächste, usw. usf..

Und warum INSTABIL hat sie doch schon erklärt: Verlust der Bewegungsenergie, weil Elektron negativ geladen, und bewegte Ladung...

Und ein Planet ist ja kein Elektron, also nix mit Vergleich.

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Flash98787 23.12.2013, 01:34
@FredQ

Ein Planet bewegt sich ja auch und verliert dadurch Bewegungsenergie.

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Flash98787 23.12.2013, 01:37
@FredQ

"Vergiß" ist übrigens seit 1996 nicht mehr korrekt.

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uteausmuenchen 23.12.2013, 13:30
@Flash98787

Hallo Flash,

Ein Planet bewegt sich ja auch und verliert dadurch Bewegungsenergie.

Ähm, nö. Newton: "Ein Körper behält seinen Zustand der Ruhe oder der Bewegung bei, wenn auf ihn keine Kraft wirkt." Ein Planet ist auf seiner stabilen Umlaufbahn im Kräftegleichgewicht und müsste aktiv durch eine zusätzliche Kraft abgebremst werden oder abgelenkt werden, ansonsten passiert nichts!

Ein Elektron ist aber ein geladenes Teilchen. Und im Falle der klassischen Rechnung würde hier die klassische Elektrodynamik greifen, also die Maxwell-Gleichungen. Und mit den Formeln der Elektrodynamik ergibt sich, dass eine bewegte Ladung Felder erzeugt und elektromagnetische Wellen abstrahlt. Und das führt zum Energieverlust.

Hier in diesem Text ist die historische Entwicklung des Atommodells recht verständlich zusammengefasst:

https://www.tu-braunschweig.de/Medien-DB/ifdn-physik/stabilitp-atomphysik.pdf

Grüße

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FredQ 24.12.2013, 16:06
@Flash98787

Also ich für meinen Teil bin ja zu faul, um nachtragend zu sein... (Mir ist das meist auch egal, da ich das Schulsystem vor 1996 verlassen habe... Aber: Wann oder wo man nun seit (und bis zu) welcher "Reform" besser ß oder ss schrieb, schreibt, oder schreiben wird, ist übrigens umstritten, und wird es noch länger sein. Ganz im Gegensatz zu "Gelabber" - das war und wird wohl nie nach "geltender Form" korrekt sein.)

--- War aber nicht böse gemeint. Hätte ja sein können, daß Du das immer so schreibst. Wäre auch nicht schlimm, aber auch nicht schwer, zu lernen, es zukünftig besser zu machen. --- (Duck und weg...) ---

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akanton4 10.05.2014, 01:15
@uteausmuenchen

na ja grundsätzlich haben wir aber immer mal wieder partikel die in den planeten knallen, dementsprechend also doch eine abbremsung :D

gruß

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Hallo Flash98787!

Die Quantenmechanik macht seit längerer Zeit Annahmen und legt mathematische Beschreibungen nahe, die heute eine fundamentale Bedeutung für die Physik haben. Eine ganz wichtige Hauptaussage der Quantenmechanik ist zum Beispiel, dass Energie in der Welt des aller kleinsten nur in diskreten Schritten ab- bzw. zunehmen kann.

Das erweist sich als fundamental und bahnbrechend für die Untersuchung von Spektren. Zerlegt man beispielsweise das Licht eines Sterns in seine einzelnen Bestandteile, so offenbaren sich einem die Auswirkungen der oben formulierten Aussage. Es zeigen sich abhängig von der Spektralklasse, Schwarze Linien im Spektrum, denen eine Absorption von Lichtquanten widerfahren ist.

Im Innern eines Sterns wird durch die stetig anhaltende Kernfusion, Energie in Form von Strahlung frei. Vergegenwärtigt man sich den Aufbau eines Wasserstoffatoms (1 Proton, 1 Elektron) und geht davon aus, dass die negativ geladenen Elektronen diskrete Sprünge auf ihren Orbitalen vollziehen können, so kann man den Ursprung der Absorptionslinien nachvollziehen.

Gemäß vereinfachter quantenmechanischer Modelle, kreisen Elektronen auf verschiedenen Orbitalen oder Bahnen um den Atomkern. Im Wasserstoffatom ist jedoch nur eine Bahn besetzt, das heißt es gibt noch weitere Orbitale auf denen sich jedoch keine Elektronen befinden.

Entscheidend ist nun, dass auf ein Orbital nur Teilchen mit exakt definierter Energie dürfen. Stößt zum Beispiel ein Photon, dass aufgrund der Kernfusionsprozesse im Kern des Sterns entstanden ist, mit dem Elektron zusammen, so wird ein Teil dessen Energie auf das Elektron übertragen. Der Zuwachs an Energie für das Elektron äußert sich nun in einem diskreten (!) Sprung von einem niedrig besetzten Orbital zu einem höher liegenden. Bei diesem Sprung kommt es nun zum freiwerden eines weiteren Photons, dessen Energie genau der Differenz beider Orbitale entspricht!

In den Spektren kann man aus den Absorptionslinien daher ganz genau ermitteln, aus was für Elementen oder sonstigen Stoffen sich das beobachtete Objekt zusammensetzt. Letztlich muss man nur etwas über den Aufbau der verschiedenen Atome und die jeweiligen Energien wissen.

Das Linienspektrum von Wasserstoff ist ein Ergebnis von quantenmechanischen Prozessen, deren Ursprung darauf beruht, dass Energie nur in diskreten Schritten ab- bzw. zunimmt und somit ein Elektron im Wasserstoffatom bei genau der richtigen Energiezufuhr auf ein höher liegendes Orbital oder ein tiefer liegendes befördert werden kann.

LG Pflanzengott! :)

Das Problem was du hier beschriebst ist der Ursprung der Quantenmechanik, irendwann einmal ist Wissenschaftleraufgefallen das das normle Modell (Bohrsches Atommodel) nicht ausreicht um sämtliche Linien im Emmisionsspektrum von Elementen zu erklären. Das liegt darin weil dieses Model einen Fehler besitzt, dieser stammt von der vereifnachung Elektronen als Teilchen zu sehen. Im Bohrschen Model sind Elektronen kleine Kugeln die in Kreisbahnen um den Kren fliegen. Wie sich später herausstelte, durch die Quantenmechanik, ist dies nicht so. Tatsächliche sind Elektronen eher als eine Welle zu verstehen. Sie haben also zu einer konkreten Zeit keinen konkreten Aufenthaltsort sondern nur einen Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Nimmt man die in die Berechnung auf lassen sich die komplexen Linienspektren Erklären und die Quantenmechanik ist geboren.

Hallo Flash98787! Wozu braucht man Tonarten? Wozu braucht man Differenzialgleichungen? Wozu braucht man Optik? ....... Gerade gestern ist im Fernsehen, Discovery Channel eine sehr interessante Sendung über Deine Frage gesendet worden: für das Große ist Albert Einstein zuständig, für das Subatomare ist dann die Quantenmechnik verantwortlich. Bei allen Fragen zu Materie, woher und was ist, beginnt man wohl am Anfang mit der Relativitätstheorie, kommt dann aber im Kleinen nur mehr mit den Gestzen/Regeln der Quantenmechanik weiter! Schaut sehr kompliziert aus, ist es auch! Da schlägt die theoretische Physik zu. Vielleicht kannst Du einmal einen persönlichen Kontakt zu einem theoretischen Physiker knüpfen. Dieser kann Dir sicher etwas mehr erklären. Trotzdem: Kopf hoch samt String-, Membran- und ..... Theorien. LG Echinocactus.

http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik

Warum liest du nicht erstmal ein paar solche Infos, bevor du hier fragst?

Flash98787 23.12.2013, 00:04

Ich bin kein Superhirn und verstehe deshalb dieses Fach"gelabber" auf Wiki nicht.

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FredQ 23.12.2013, 01:11
@Flash98787

Etwas ganz einfaches nebenbei: GelaBer - laBBerig sein. Auch kaum zu vergleichen.

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Flash98787 23.12.2013, 01:31
@FredQ

Oh, habe einen Schreibfehler gemacht. Habe ich garnicht bemerkt.

Danke FredQ

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pennywise01 23.12.2013, 11:35
@Flash98787

Man muss kein Superhirn sein, um die dortigen Texte zumindest teilweise zu verstehen. Und das, was du nicht verstehst, kannst du dir dann ja auch wieder vereinfacht von Wikipedia erklären lassen. Darum gibts bei Fachbegriffen ja Verlinkungen, die man anklicken kann.

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FredQ 24.12.2013, 16:10
@pennywise01

...was auch ich schon häufig gemacht habe. Man lernt nie aus! ;-)

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