Auf der Ebene von Atomen und Elektronen sind viele Gleichungen der klassischen Mechanik, die die Bewegung und Wechselwirkung von K\u00f6rpern bei normaler Gr\u00f6\u00dfe und Geschwindigkeit beschreiben, nicht mehr n\u00fctzlich.<\/p>\n
In der klassischen Mechanik existieren Objekte zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort. In der Quantenmechanik existieren Objekte in einem Nebel der Wahrscheinlichkeit; Sie haben eine gewisse Chance, an Punkt A zu sein, eine andere Chance, an Punkt B zu sein, und so weiter.<\/p>\n
Anders als Albert Einsteins ber\u00fchmte Relativit\u00e4tstheorie, die etwa zur gleichen Zeit entwickelt wurde, k\u00f6nnen die Urspr\u00fcnge der Quantenmechanik nicht einem einzelnen Wissenschaftler zugeschrieben werden. Vielmehr haben mehrere Wissenschaftler zu diesem Rahmenwerk beigetragen, das zwischen dem sp\u00e4ten 19. Jahrhundert und 1930 nach und nach Akzeptanz und experimentelle Best\u00e4tigung fand, hei\u00dft es an der University of St. Andrews in Schottland.<\/p>\n
Im Jahr 1900 versuchte der deutsche Physiker Max Planck zu erkl\u00e4ren, warum Objekte bei bestimmten Temperaturen, beispielsweise der Gl\u00fchfaden einer Gl\u00fchbirne bei 800 Grad Celsius, in einer bestimmten Farbe leuchten<\/strong><\/span>\u00a0\u2013 in diesem Fall Rot, so das Perimeter Institute. Planck erkannte, dass die Gleichungen, die der Physiker Ludwig Boltzmann zur Beschreibung des Verhaltens von Gasen verwendete, in eine Erkl\u00e4rung dieser Beziehung zwischen Temperatur und Farbe \u00fcbersetzt werden konnten. Das Problem bestand darin, dass Boltzmanns Arbeit auf der Tatsache beruhte, dass jedes Gas aus winzigen Partikeln besteht, was bedeutet, dass auch Licht aus diskreten Teilchen besteht.<\/p>\n Diese Idee widersprach den damaligen Vorstellungen \u00fcber Licht, da die meisten Physiker glaubten, dass Licht eine kontinuierliche Welle und kein winziges Teilchen sei. Planck selbst glaubte nicht an Atome oder einzelne Lichtteilchen, doch sein Konzept erhielt 1905 Unterst\u00fctzung, als Einstein eine Abhandlung mit dem Titel \u201eZur heuristischen Betrachtung der Emission und Transformation des Lichts\u201c ver\u00f6ffentlichte.<\/p>\n Einstein stellte sich die Bewegung des Lichts nicht als Welle vor, sondern als eine Art \u201eEnergiequanten\u201c. Dieses Energiepaket, so Einstein in seiner Abhandlung, k\u00f6nne \u201enur als Ganzes absorbiert oder erzeugt werden\u201c, und zwar, wenn das Atom zwischen quantisierten Schwingungsgeschwindigkeiten \u201espringt\u201c. Daher kommt der \u201eQuanten\u201c-Teil der Quantenmechanik.<\/p>\n Mit dieser neuen Art, Licht zu verstehen, bot Einstein in seiner Arbeit Einblicke in das Verhalten von neun Ph\u00e4nomenen, darunter die spezifischen Farben, die Planck als vom Gl\u00fchfaden einer Gl\u00fchbirne ausgestrahlt beschrieb. Er erkl\u00e4rte auch, wie bestimmte Lichtfarben Elektronen von Metalloberfl\u00e4chen abschlagen k\u00f6nnen, ein Ph\u00e4nomen, das als photoelektrischer Effekt bekannt ist.<\/p>\n Welle-Teilchen-Dualit\u00e4t<\/strong><\/span><\/p>\n In der Quantenmechanik k\u00f6nnen Teilchen manchmal als Wellen und manchmal als Teilchen existieren. Das bekannteste Beispiel hierf\u00fcr ist das Doppelspaltexperiment, bei dem Teilchen wie Elektronen auf eine Platte mit zwei Schlitzen geschossen werden, hinter denen sich ein Schirm befindet, der aufleuchtet, wenn ein Elektron auf ihn trifft. W\u00e4ren die Elektronen Teilchen, w\u00fcrden sie dort, wo sie nach dem Passieren des einen oder anderen Schlitzes auf den Schirm treffen, zwei helle Linien erzeugen, hei\u00dft es in einem popul\u00e4ren Artikel in Nature.<\/p>\n Stattdessen entsteht bei der Durchf\u00fchrung des Experiments ein Interferenzmuster auf dem Bildschirm. Dieses Muster aus dunklen und hellen B\u00e4ndern ergibt nur dann einen Sinn, wenn es sich bei den Elektronen um Wellen mit Wellenbergen (H\u00f6hepunkte) und Wellent\u00e4lern (Tiefpunkte) handelt, die miteinander interferieren k\u00f6nnen. Selbst wenn jeweils nur ein einzelnes Elektron durch die Schlitze geleitet wird, erscheint ein Interferenzmuster \u2013 ein Effekt, der der Interferenz eines einzelnen Elektrons mit sich selbst \u00e4hnelt.<\/p>\n\n Im Jahr 1924 verwendete der franz\u00f6sische Physiker Louis de Broglie die Gleichungen von Einsteins spezieller Relativit\u00e4tstheorie, um zu zeigen, dass Teilchen wellenartige Eigenschaften und Wellen korpuskulare Eigenschaften aufweisen k\u00f6nnen \u2013 eine Entdeckung, f\u00fcr die er einige Jahre sp\u00e4ter den Nobelpreis erhielt.<\/p>\n Atome in der Quantenmechanik<\/strong><\/span><\/p>\n In den 1910er Jahren versuchte der d\u00e4nische Physiker Niels Bohr, die innere Struktur von Atomen mithilfe der Quantenmechanik zu beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt war bereits bekannt, dass ein Atom aus einem schweren, dichten, positiv geladenen Kern besteht, der von einem Schwarm winziger, leichter, negativ geladener Elektronen umgeben ist. Bohr platzierte Elektronen in Umlaufbahnen um den Kern, wie Planeten in einem subatomaren Sonnensystem, mit der Ausnahme, dass sie nur bestimmte vorgegebene Umlaufbahnabst\u00e4nde haben konnten. Durch den Sprung von einer Umlaufbahn zur anderen k\u00f6nnte ein Atom Strahlung mit bestimmten Energien empfangen oder emittieren, die seine Quantennatur widerspiegeln.<\/p>\n Bald darauf erstellten die beiden Wissenschaftler, die unabh\u00e4ngig voneinander arbeiteten und unterschiedliche mathematische Denkstr\u00e4nge nutzten, ein vollst\u00e4ndigeres Quantenbild des Atoms, so die American Physical Society. In Deutschland gelang dies dem Physiker Werner Heisenberg durch die Entwicklung der \u201eMatrizenmechanik\u201c. Der \u00f6sterreichisch-irische Physiker Erwin Schr\u00f6dinger entwickelte eine \u00e4hnliche Theorie namens \u201eWellenmechanik\u201c. Im Jahr 1926 zeigte Schr\u00f6dinger, dass diese beiden Ans\u00e4tze gleichwertig waren.<\/p>\n Das Heisenberg-Schr\u00f6dinger-Atommodell, in dem jedes Elektron als Welle um den Atomkern wirkt, ersetzte das fr\u00fchere Bohr-Modell. Im Heisenberg-Schr\u00f6dinger-Atommodell gehorchen Elektronen einer \u201eWellenfunktion\u201c und besetzen \u201eOrbitale\u201c statt Umlaufbahnen. Anders als die Kreisbahnen des Bohr-Modells gibt es Atomorbitale in einer Vielzahl von Formen, von Kugeln \u00fcber Hanteln bis hin zu G\u00e4nsebl\u00fcmchen, hei\u00dft es auf der erkl\u00e4renden Website des Chemikers Jim Clark.<\/p>\n Schr\u00f6dingers Katzenparadoxon<\/strong><\/span><\/p>\n Schr\u00f6dingers Katze ist ein h\u00e4ufig missverstandenes Gedankenexperiment, das die Zweifel beschreibt, die einige der fr\u00fchen Entwickler der Quantenmechanik hinsichtlich ihrer Ergebnisse hatten. W\u00e4hrend Bohr und viele seiner Studenten glaubten, dass die Quantenmechanik darauf schlie\u00dfen l\u00e4sst, dass Teilchen keine klar definierten Eigenschaften haben, bis sie beobachtet werden, konnten Schr\u00f6dinger und Einstein an eine solche M\u00f6glichkeit nicht glauben, weil sie zu absurden Schlussfolgerungen \u00fcber die Natur der Realit\u00e4t f\u00fchren w\u00fcrde.<\/p>\n Im Jahr 1935 schlug Schr\u00f6dinger ein Experiment vor, bei dem Leben oder Tod einer Katze von der zuf\u00e4lligen Drehung eines Quantenteilchens abh\u00e4ngen w\u00fcrden, dessen Zustand unsichtbar bliebe, bis die Schachtel ge\u00f6ffnet w\u00fcrde. Schr\u00f6dinger hoffte, die Absurdit\u00e4t von Bohrs Ideen anhand eines Beispiels aus dem wirklichen Leben zu demonstrieren, das auf der Wahrscheinlichkeitsnatur eines Quantenteilchens beruhte, aber ein bedeutungsloses Ergebnis lieferte.<\/p>\n Nach Bohrs Interpretation der Quantenmechanik befand sich die Katze bis zum \u00d6ffnen der Kiste in einer unm\u00f6glichen Doppelposition: Sie war gleichzeitig lebendig und tot. (Keine echte Katze wurde jemals einem solchen Experiment unterzogen.) Sowohl Schr\u00f6dinger als auch Einstein glaubten, dass dies dazu beitrug, zu zeigen, dass die Quantenmechanik eine unvollst\u00e4ndige Theorie war und schlie\u00dflich durch eine Theorie ersetzt werden w\u00fcrde, die mit der allt\u00e4glichen Erfahrung \u00fcbereinstimmte.<\/p>\n Noch heute tun sich Physiker schwer damit, zu erkl\u00e4ren, warum subatomare Teilchen offenbar in einer \u00dcberlagerung verschiedener Zust\u00e4nde existieren k\u00f6nnen, gro\u00dfe Strukturen \u2013 wie das Universum selbst \u2013 dies jedoch offenbar nicht k\u00f6nnen. Vorgeschlagene Modifikationen der Schr\u00f6dingergleichungen k\u00f6nnten zur L\u00f6sung dieses Konflikts beitragen, doch bisher hat keine dieser Modifikationen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft breite Akzeptanz gefunden.<\/p>\n Quantenverschr\u00e4nkung<\/strong><\/span><\/p>\n Schr\u00f6dinger und Einstein trugen dazu bei, ein weiteres seltsames Ergebnis der Quantenmechanik hervorzuheben, das keiner von ihnen vollst\u00e4ndig verstehen konnte. Im Jahr 1935 zeigte Einstein zusammen mit den Physikern Boris Podolsky und Nathan Rosen, dass zwei Quantenteilchen so abgestimmt werden k\u00f6nnen, dass ihre Quantenzust\u00e4nde immer miteinander korrelieren, hei\u00dft es in der Stanford Encyclopedia of Philosophy. Im Grunde wussten die Teilchen schon immer \u00fcber die Eigenschaften der anderen Bescheid. Das bedeutet, dass die Messung des Zustands eines Teilchens sofort Aufschluss \u00fcber den Zustand seines Zwillings gibt, unabh\u00e4ngig davon, wie weit die beiden voneinander entfernt sind. Einstein bezeichnete dieses Ergebnis als \u201espukhafte Fernwirkung\u201c, Schr\u00f6dinger hingegen schon bald als \u201eVerschr\u00e4nkung\u201c.<\/p>\n Es hat sich gezeigt, dass Verschr\u00e4nkung einer der grundlegendsten Aspekte der Quantenmechanik ist und in der realen Welt st\u00e4ndig auftritt. Forscher f\u00fchren h\u00e4ufig Experimente mit Quantenverschr\u00e4nkung durch, und das Ph\u00e4nomen bildet eine Grundlage f\u00fcr das aufstrebende Gebiet des Quantencomputings.<\/p>\n Quantencomputing<\/strong><\/span><\/p>\n Im Gegensatz zu klassischen Computern, die Daten mithilfe von Bin\u00e4rbits verarbeiten, die einen von zwei Zust\u00e4nden \u2013 0 oder 1 \u2013 haben k\u00f6nnen, verwenden Quantencomputer Teilchen wie Elektronen oder Photonen. Diese Quantenbits oder Qubits sind eine \u00dcberlagerung von 0 und 1 \u2013 das hei\u00dft, sie k\u00f6nnen in mehreren Zust\u00e4nden gleichzeitig existieren.<\/p>\n Diese \u00dcberlagerung erm\u00f6glicht es Quantencomputern, Berechnungen parallel durchzuf\u00fchren und alle Qubit-Zust\u00e4nde gleichzeitig zu verarbeiten. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht die Quantenverschr\u00e4nkung mehreren Qubits, gleichzeitig Informationen auszutauschen und zu interagieren, unabh\u00e4ngig von der Entfernung zwischen den Teilchen.<\/p>\n\n Obwohl Quantensuperposition und -verschr\u00e4nkung das Rechenpotenzial von Quantencomputern deutlich gr\u00f6\u00dfer machen als das von klassischen Computern, ist es auf diesem Gebiet noch ein weiter Weg. Derzeit sind Quantencomputer zu klein, zu schwierig zu warten und zu fehleranf\u00e4llig, um mit den besten klassischen Computern konkurrieren zu k\u00f6nnen. Viele Experten gehen jedoch davon aus, dass sich dies im Zuge der Weiterentwicklung des Fachgebiets eines Tages \u00e4ndern wird.<\/p>\n Quantenmechanik und Allgemeine Relativit\u00e4tstheorie<\/strong><\/span><\/p>\n Derzeit verf\u00fcgen Physiker nicht \u00fcber eine vollst\u00e4ndige Erkl\u00e4rung aller beobachteten Teilchen und Kr\u00e4fte im Universum, die oft als Theorie von allem bezeichnet wird. Einsteins Relativit\u00e4tstheorie beschreibt gro\u00dfe und massive Dinge, w\u00e4hrend die Quantenmechanik kleine und immaterielle Dinge beschreibt. Diese beiden Theorien sind nicht v\u00f6llig unvereinbar, aber niemand wei\u00df, wie man sie miteinander in Einklang bringen kann.<\/p>\n Viele Forscher haben versucht, eine Theorie der Quantengravitation zu entwickeln, die die Gravitation in die Quantenmechanik einf\u00fchren und alles vom subatomaren bis zum supergalaktischen Bereich erkl\u00e4ren w\u00fcrde. Hierzu gibt es zahlreiche Vorschl\u00e4ge, wie man dies erreichen k\u00f6nnte, beispielsweise die Entwicklung eines hypothetischen Quantenteilchens f\u00fcr die Schwerkraft, das Graviton genannt wird. Bisher konnte jedoch keine Theorie alle Beobachtungen von Objekten in unserem Universum erkl\u00e4ren. Ein weiterer popul\u00e4rer Vorschlag, die Stringtheorie, die davon ausgeht, dass die meisten fundamentalen Entit\u00e4ten winzige, in vielen Dimensionen vibrierende Saiten sind, wird von Physikern weniger akzeptiert, da es kaum Belege f\u00fcr ihre Untermauerung gibt. Andere Forscher haben auch an Theorien zur Schleifenquantengravitation gearbeitet, bei der sowohl Zeit als auch Raum in diskreten, winzigen Fragmenten existieren. Bisher hat jedoch keine dieser Ideen in der Physikergemeinde gro\u00dfen Anklang gefunden.<\/p>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die Quantenmechanik oder Quantenphysik ist eine Reihe wissenschaftlicher Gesetze, die das seltsame Verhalten von Photonen, Elektronen und anderen subatomaren Teilchen beschreiben, aus denen das Universum besteht. Auf kleinster Ebene verh\u00e4lt sich das Universum ganz anders als die allt\u00e4gliche Welt, die wir um uns herum beobachten. 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\nKonzeptkunstwerk eines Paars verschr\u00e4nkter Quantenteilchen oder -ereignisse (links und rechts), die \u00fcber eine Distanz interagieren. Die Quantenverschr\u00e4nkung ist eine der Konsequenzen der Quantentheorie. Die beiden Teilchen scheinen durch Raum und Zeit miteinander verbunden zu sein, wobei \u00c4nderungen an einem Teilchen (wie etwa eine Beobachtung oder Messung) Auswirkungen auf das andere haben. Dieser sofortige Effekt scheint unabh\u00e4ngig von Raum und Zeit zu sein, was bedeutet, dass im Quantenbereich die Wirkung der Ursache vorausgehen kann. MARK GARLICK\/BIBLIOTHEK F\u00dcR WISSENSCHAFTSFOTOGRAFIE<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/kvantkomp300425.jpg\")
\nFoto eines goldenen Quantencomputers. John D\/Getty<\/em><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/wp-content\/uploads\/2025\/04\/kolzo300425.jpg\")
\nEin Bild des \u201eEinstein-Rings\u201c, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop. Dieses kosmische Ph\u00e4nomen tritt auf, wenn die enorme Schwerkraft eines Vordergrundobjekts das Licht eines Hintergrundobjekts kr\u00fcmmt, wie von Albert Einstein vorhergesagt. ESA\/Hubble\/NASA<\/em><\/p>\n