\nSie\u00a0<\/strong>(murmeln):<\/em>\u00a0Ich kann es einfach nicht verstehen.<\/p>\n
Sie<\/strong>\u00a0: Gib mir die N\u00fcsse. Ende des 19. Jahrhunderts. Viele Physiker waren entt\u00e4uscht, bis einer von ihnen den allgemeinen Trend durchbrach \u2013 es war Max Planck aus Deutschland. Im Jahr 1900 gelang Planck ein mutiger konzeptioneller Durchbruch, als er erkl\u00e4rte, dass die alte Theorie einen Quantensprung ben\u00f6tige (er entlehnte das Wort Um die Bedeutung eines Energiequants zu verstehen, betrachten Sie diese Analogie. Vergleichen Sie den Fall eines Balls, der eine Treppe hinunterrollt, mit dem Fall eines Balls, der eine schiefe Ebene hinunterrollt (Abb. 1), der jede Position auf der schiefen Ebene einnehmen und seine Position um jeden Betrag \u00e4ndern kann. Das ist also ein Kontinuit\u00e4tsmodell, das die Art und Weise darstellt, wie wir in der klassischen Physik denken. Im Gegensatz dazu kann sich ein Ball auf einer Treppe nur auf der einen oder anderen Stufe befinden; seine Position (und seine mit der Position verbundene Energie) wird \u201equantisiert\u201c.<\/p>\n Zeichnung 1.<\/strong> Sie m\u00f6gen einwenden: Was passiert, wenn der Ball von einer Stufe zur n\u00e4chsten f\u00e4llt? Nimmt er w\u00e4hrend seines Abstiegs nicht Zwischenpositionen ein? Hier kommt die Ungew\u00f6hnlichkeit der Quantentheorie ins Spiel. F\u00fcr eine Kugel auf einer Leiter muss die Antwort nat\u00fcrlich positiv sein, f\u00fcr eine Quantenkugel (Atom oder Elektron) liefert Plancks Theorie jedoch eine negative Antwort. Eine Quantenkugel kann niemals in einer Zwischenposition zwischen zwei Schritten gefunden werden; er ist entweder auf dem einen oder dem anderen. Das ist Quantendiskontinuit\u00e4t.<\/p>\n Warum kann man sich an einem Holzkamin nicht br\u00e4unen lassen? Stellen Sie sich ein Pendel im Wind vor. Normalerweise schwingt das Pendel in einer solchen Situation, auch wenn der Wind nicht sehr stark ist. Nehmen wir jedoch an, dass das Pendel Energie nur in diskreten Anteilen gro\u00dfer Gr\u00f6\u00dfe absorbieren kann. Mit anderen Worten, es ist ein Quantenpendel. Was dann? Es ist klar, dass sich das Pendel nicht bewegen wird, wenn der Wind nicht in der Lage ist, die erforderliche hohe Energiesteigerung in einem Schritt zu erzeugen. Durch die Aufnahme geringer Energiemengen kann nicht gen\u00fcgend Energie angesammelt werden, um die Schwelle zu \u00fcberwinden. So ist es auch mit oszillierenden Elektronen in einem Kamin. Kleine Quantenspr\u00fcnge erzeugen niederfrequente Strahlung, hochfrequente Strahlung erfordert jedoch gro\u00dfe Quantenspr\u00fcnge. Ein gro\u00dfer Quantensprung muss durch eine gro\u00dfe Energiemenge in der Umgebung des Elektrons verursacht werden; Die Energie der Holzverbrennung in einem Kamin ist einfach nicht stark genug, um die Bedingungen f\u00fcr die Erzeugung gro\u00dfer Mengen blauen Lichts zu schaffen, geschweige denn ultraviolettes Licht. Aus diesem Grund kann man sich am Kamin nicht br\u00e4unen.<\/p>\n Soweit wir wissen, war Planck ein ziemlich traditioneller Wissenschaftler und z\u00f6gerte, seine Ideen \u00fcber Energiequanten \u00f6ffentlich zu machen. Er erledigte seine Mathematik sogar im Stehen, wie es damals in Deutschland \u00fcblich war. Die Konsequenzen seiner innovativen Idee gefielen ihm nicht besonders; Den Wissenschaftlern, die die Revolution noch viel weiter vorantreiben sollten, wurde jedoch klar, dass sie auf eine v\u00f6llig neue Art des Verst\u00e4ndnisses unserer physischen Realit\u00e4t hinwiesen.<\/p>\n Einer dieser Revolution\u00e4re war Albert Einstein. Als er seine erste Forschungsarbeit zur Quantentheorie ver\u00f6ffentlichte, arbeitete er als Angestellter im Patentamt in Z\u00fcrich (1900). Einstein stellte die damals popul\u00e4re Idee der Wellennatur des Lichts in Frage und stellte die Hypothese auf, dass Licht in der Idee eines Quants \u2013 eines diskreten Energieb\u00fcndels \u2013 existiert, das wir heute Photon nennen. Je h\u00f6her die Lichtfrequenz, desto mehr Energie hat jeder Strahl.<\/p>\n Ein noch gr\u00f6\u00dferer Revolution\u00e4r war der d\u00e4nische Physiker Niels Bohr, der 1913 die Idee des Lichtquantums nutzte, um die Hypothese zu formulieren, dass die gesamte Atomwelt voller Quantenspr\u00fcnge sei. Uns allen wurde beigebracht, dass das Atom wie ein Miniatur-Sonnensystem ist, dass Elektronen den Kern umkreisen, \u00e4hnlich wie die Planeten die Sonne. Es k\u00f6nnte Sie interessieren, dass dieses vom englischen Physiker Ernest Rutherford vorgeschlagene Modell einen entscheidenden Fehler aufwies, den Bohrs Arbeit korrigierte.<\/p>\n Stellen Sie sich einen Schwarm umlaufender Satelliten vor, die regelm\u00e4\u00dfig mit Weltraumraketen von der Erde aus gestartet werden. Diese Satelliten existieren nicht f\u00fcr immer. Durch die Kollision mit der Erdatmosph\u00e4re verlieren sie Energie und verlangsamen ihre Bewegung. Ihre Umlaufbahnen verengen sich und sie fallen schlie\u00dflich auf die Erde (Abb. 2).<\/p>\n Zeichnung 2.<\/strong> Nach der klassischen Physik w\u00fcrden auch die den Atomkern umgebenden Elektronen durch die kontinuierliche Emission von Licht Energie verlieren und schlie\u00dflich in den Atomkern fallen. Daher ist das Planetenmodell des Atoms instabil. Allerdings schuf Bohr (der angeblich das Planetensystem des Atoms in einem Traum sah) mithilfe der Idee eines Quantensprungs ein stabiles Modell des Atoms.<\/p>\n Nehmen wir an, sagte Bohr, dass die Bahnen der Elektronen diskret sind, wie Plancks Energiequanten. Man kann sich die Bahnen dann als eine Energieleiter vorstellen (Abb. 3). Sie sind station\u00e4r \u2013 die Menge ihrer Energie bleibt unver\u00e4ndert. W\u00e4hrend sie sich in diesen quantisierten Umlaufbahnen befinden, emittieren Elektronen kein Licht. Ein Elektron emittiert nur dann ein Lichtquant, wenn es von einer Bahn mit h\u00f6herer Energie auf eine Bahn mit niedrigerer Energie springt (von einer Sprosse der Leiter mit h\u00f6herer Energie auf eine Stufe mit niedrigerer Energie). Wenn sich ein Elektron also auf der Umlaufbahn mit der niedrigsten Energie befindet, gibt es kein niedrigeres Niveau, zu dem es springen kann. Diese Grundkonfiguration ist stabil und das Elektron hat keine Chance, in den Kern zu fallen. Alle Physiker begr\u00fc\u00dften Bohrs Atommodell mit einem Seufzer der Erleichterung.<\/p>\n Zeichnung 3.<\/strong> Bohr schnitt der Hydra der Instabilit\u00e4t den Kopf ab, aber an seiner Stelle wuchs ein anderer. Nach Bohr kann ein Elektron niemals irgendeine Position zwischen den Bahnen einnehmen; Wenn es also einen Sprung macht, muss es irgendwie direkt in eine andere Umlaufbahn wechseln. Dabei handelt es sich nicht um einen Orbitalsprung durch den Weltraum, sondern um etwas radikal Neues. Obwohl es verlockend sein k\u00f6nnte, sich den Sprung eines Elektrons als einen Sprung von einer Sprosse einer Leiter zur anderen vorzustellen, vollzieht das Elektron den Sprung, ohne den Raum zwischen den Sprossen zu \u00fcberqueren. Stattdessen scheint es auf einer Stufe zu verschwinden und auf einer anderen wieder aufzutauchen \u2013 ohne kontinuierlichen \u00dcbergang. Dar\u00fcber hinaus ist es unm\u00f6glich zu sagen, wohin er springen wird, wenn es mehr als eine niedrigere Stufe gibt, zwischen der er w\u00e4hlen kann. Es k\u00f6nnen nur probabilistische Vorhersagen getroffen werden.<\/p>\n M\u00f6glicherweise ist Ihnen etwas Seltsames am Quantenkonzept des Lichts aufgefallen. Zu sagen, dass Licht in Form von Quanten, Photonen, existiert, bedeutet zu sagen, dass Licht aus Teilchen wie Sandk\u00f6rnern besteht. Allerdings widerspricht eine solche Aussage weitgehend den Alltagserfahrungen, die wir im Umgang mit Licht machen.<\/p>\n Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie blicken durch den Stoff eines Stoffschirms auf eine entfernte Stra\u00dfenlaterne. Sie werden keinen kontinuierlichen Lichtstrom sehen, der durch das Licht hindurchdringt, wie man es erwarten w\u00fcrde, wenn das Licht aus winzigen Partikeln best\u00fcnde (geben Sie Sand in ein Sieb und Sie werden sehen, was ich meine). Stattdessen sehen Sie ein Muster aus abwechselnd dunklen und hellen R\u00e4ndern, das technisch als Interferenzmuster bezeichnet wird. Licht beugt sich in und um die Stofff\u00e4den und erzeugt ein Muster, das nur Wellen erzeugen k\u00f6nnen. So zeigt bereits unsere Alltagserfahrung, dass sich Licht wie eine Welle verh\u00e4lt.<\/p>\n Allerdings besteht die Quantentheorie darauf, dass sich Licht auch wie ein Strahl aus Teilchen oder Photonen verh\u00e4lt. Unsere Augen sind ein so wunderbares Instrument, dass wir die Quanten- und K\u00f6rnigkeitsnatur des Lichts selbst beobachten k\u00f6nnen. Wenn Sie sich das n\u00e4chste Mal in der Abendd\u00e4mmerung von einem geliebten Menschen trennen, achten Sie darauf, wie Sie eine sich zur\u00fcckziehende Gestalt sehen. Beachten Sie, dass der Umriss des sich entfernenden Objekts fragmentiert erscheint. Wenn die Lichtenergie, die von diesem Objekt reflektiert wird und auf die optischen Rezeptoren auf Ihrer Netzhaut trifft, eine wellenartige Kontinuit\u00e4t aufweist, dann sollte immer zumindest etwas Licht von jedem Teil des Objekts Ihre optischen Rezeptoren erregen. Sie w\u00fcrden immer das vollst\u00e4ndige Bild sehen. (Zugegebenerma\u00dfen w\u00e4re der Kontrast zwischen Dunkel und Hell bei schlechten Lichtverh\u00e4ltnissen nicht sehr deutlich, aber die Klarheit der Umrisse w\u00fcrde dadurch nicht beeintr\u00e4chtigt.) Stattdessen sehen Sie jedoch \u00fcberhaupt keine klaren Umrisse, da die Rezeptoren in Ihren Augen reagieren auf einzelne Photonen. Schwaches Licht hat weniger Photonen als helles Licht; In dieser hypothetischen D\u00e4mmerungssituation werden also jeweils nur wenige Ihrer Rezeptoren stimuliert \u2013 zu wenige, um die Umrisse einer schwach beleuchteten Figur zu erkennen. Daher ist das angezeigte Bild fragmentiert.<\/p>\n Eine weitere Frage, die Sie sich vielleicht stellen, ist: Warum k\u00f6nnen Rezeptoren Daten nicht unbegrenzt speichern, bis das Gehirn gen\u00fcgend Informationen gesammelt hat, um alle fragmentierten Bilder zusammenzusetzen? Zum Gl\u00fcck f\u00fcr Quantenphysiker, die immer verzweifelt nach allt\u00e4glichen Beispielen f\u00fcr Quantenph\u00e4nomene suchen, k\u00f6nnen optische Rezeptoren Informationen nur f\u00fcr Bruchteile einer Sekunde speichern. Bei schwachem Licht werden zu jedem Zeitpunkt nicht gen\u00fcgend Rezeptoren in Ihren Augen stimuliert, um ein vollst\u00e4ndiges Bild zu erzeugen. Wenn Sie sich das n\u00e4chste Mal von der schattenhaften, sich zur\u00fcckziehenden Gestalt eines geliebten Menschen in der Abendd\u00e4mmerung verabschieden, denken Sie daran, \u00fcber die Quantennatur des Lichts nachzudenken. Dies wird sicherlich den Schmerz Ihrer Trennung lindern.<\/p>\n Wenn Licht als Welle betrachtet wird, kann es sich gleichzeitig an zwei (oder mehr Orten) befinden \u2013 wie es der Fall ist, wenn es durch die L\u00f6cher im Stoff eines Regenschirms geht und ein Beugungsmuster bildet; Wenn wir es jedoch auf einem fotografischen Film festhalten, erscheint es diskret, in einzelnen Flecken, wie ein Partikelstrom. Licht muss also sowohl eine Welle als auch ein Teilchen sein. Paradox, nicht wahr? Der Fall betrifft eine der Bastionen der alten Physik: die eindeutige Beschreibung in nat\u00fcrlicher Sprache. Dar\u00fcber hinaus steht die eigentliche Idee der Objektivit\u00e4t auf dem Spiel: H\u00e4ngt die Natur des Lichts \u2013 was Licht ist \u2013 davon ab, wie wir es beobachten?<\/p>\n Und als ob die Paradoxien rund um das Licht nicht schon herausfordernd genug w\u00e4ren, stellt sich unweigerlich eine weitere Frage: Kann ein materielles Objekt wie ein Elektron sowohl eine Welle als auch ein Teilchen sein? Kann er eine Dualit\u00e4t wie die Dualit\u00e4t des Lichts haben? Der Physiker, der diese Frage als Erster stellte und beharrlich positiv darauf antwortete, was alle seine Kollegen schockierte, war der franz\u00f6sische Aristokrat Louis Victor de Broglie.<\/p>\n Als de Broglie um 1924 seine Doktorarbeit schrieb, zog er eine Parallele zwischen der Diskretion der station\u00e4ren Umlaufbahnen des Bohr-Atoms und der Diskretion der von einer Gitarre erzeugten Schallwellen. Die Parallele erwies sich als fruchtbar.<\/p>\n Stellen Sie sich die Bewegung einer Schallwelle in einem Medium vor (Abb. 4). Die vertikale Verschiebung der Partikel des Mediums \u00e4ndert sich mit zunehmender Entfernung von Null zu einem Maximum (Grat), zur\u00fcck zu Null, zu einem negativen Maximum (Tal), wieder zu Null und so weiter. Die maximale vertikale Verschiebung in eine Richtung (von Null zu einem Berg oder Tal) wird als Amplitude bezeichnet. Einzelne Partikel des Mediums bewegen sich relativ zu ihrer Ruheposition hin und her. Allerdings breitet sich eine Welle, die ein Medium durchl\u00e4uft, aus. Eine Welle ist eine sich ausbreitende St\u00f6rung. Die Anzahl der K\u00e4mme, die pro Sekunde einen bestimmten Punkt durchlaufen, wird Wellenfrequenz genannt, und der Abstand von Kamm zu Kamm wird Wellenl\u00e4nge genannt.<\/p>\n Zeichnung 4.<\/strong> Durch das Zupfen einer Gitarrensaite wird diese in Bewegung versetzt, die dabei entstehenden Schwingungen werden jedoch als station\u00e4re (stehende Wellen) bezeichnet, da sie sich nicht \u00fcber die Saite hinaus ausbreiten. An jedem beliebigen Ort der Saite \u00e4ndert sich die Verschiebung der Saitenpartikel mit der Zeit: Es entsteht Welligkeit, die Wellen breiten sich jedoch nicht im Raum aus (Abb. 5). Die sich ausbreitenden Wellen, die wir h\u00f6ren, werden von stehenden Wellen vibrierender Saiten angetrieben.<\/p>\n Zeichnung 5.<\/strong> Eine Musiknote auf einer Gitarre besteht aus einer Reihe von Kl\u00e4ngen \u2013 einem Spektrum von Frequenzen. De Broglie interessierte sich f\u00fcr die Tatsache, dass die stehenden Wellen einer Gitarrensaite ein diskretes Spektrum von Frequenzen erzeugen, die als Harmonische bezeichnet werden. Der Ton mit der niedrigsten Frequenz wird als erste Harmonische bezeichnet und bestimmt den Ton, den wir h\u00f6ren. H\u00f6here Harmonische \u2013 die musikalischen Kl\u00e4nge, die einer Note ihre charakteristische Qualit\u00e4t verleihen \u2013 haben Frequenzen, die ein Vielfaches der ersten Harmonischen sind.<\/p>\n Stationarit\u00e4t ist eine Eigenschaft von Wellen in einem begrenzten Raum. Solche Wellen lassen sich leicht in einer Tasse Tee erzeugen. De Broglie fragte, ob die Elektronen eines Atoms lokalisierte (begrenzte) Wellen seien? Wenn ja, bilden sie diskrete station\u00e4re Wellenmuster? Beispielsweise ist die niedrigste Atomumlaufbahn m\u00f6glicherweise diejenige, bei der ein einzelnes Elektron eine station\u00e4re Welle der niedrigsten Frequenz \u2013 die erste Harmonische \u2013 erzeugt, und h\u00f6here Umlaufbahnen entsprechen station\u00e4ren Elektronenwellen h\u00f6herer Harmonischer (Abbildung 6).<\/p>\n Zeichnung 6.<\/strong> Nat\u00fcrlich st\u00fctzte de Broglie wesentlich komplexere Argumente, um seine Idee zu untermauern, aber er hatte immer noch Schwierigkeiten, seine Dissertation zu genehmigen. Schlie\u00dflich wurde es zur \u00dcberpr\u00fcfung an Einstein geschickt. Einstein, der als erster die duale Natur des Lichts erkannte, hatte keine Schwierigkeiten zu erkennen, dass de Broglie durchaus Recht haben k\u00f6nnte: Materie k\u00f6nnte durchaus ebenso dual sein wie Licht. De Broglie erhielt seinen Abschluss, als Einstein seine Dissertation kommentierte: \u201eEs mag verr\u00fcckt aussehen, aber es ist tats\u00e4chlich logisch.\u201c<\/p>\n In der Wissenschaft entscheidet immer das Experiment. Die Richtigkeit von de Broglies Vorstellung \u00fcber die Wellennatur des Elektrons wurde durch ein Experiment hervorragend demonstriert, bei dem ein Elektronenstrahl durch einen Kristall (einen dreidimensionalen \u201eSchirm\u201c, der zur Elektronenbeugung geeignet ist) geleitet und fotografiert wurde. Das Ergebnis war ein Beugungsmuster (Abb. 7).<\/p>\n Zeichnung 7.<\/strong> \u201eWenn Materie eine Welle ist\u201c, witzelte ein Physiker am Ende eines Seminars \u00fcber de Broglie-Wellen im Jahr 1926 zu einem anderen, dann muss es eine Wellengleichung geben, die die Welle der Materie beschreibt. Der Physiker, der diese Bemerkung machte, verga\u00df sie sofort, aber derjenige, der sie h\u00f6rte, Erwin Schr\u00f6dinger, entdeckte sp\u00e4ter die Wellengleichung f\u00fcr Materie, die heute als Schr\u00f6dinger-Gleichung bekannt ist. Es ist der Grundstein, der die Newtonschen Gesetze in der neuen Physik ersetzte. Die Schr\u00f6dinger-Gleichung wird verwendet, um alle erstaunlichen Eigenschaften submikroskopischer Objekte vorherzusagen, die in unseren Laborexperimenten gefunden wurden. Werner Heisenberg entdeckte dieselbe Gleichung sogar schon fr\u00fcher, allerdings in einer weniger klaren mathematischen Form. Der mathematische Formalismus, der aus der Arbeit von Schr\u00f6dinger und Heisenberg hervorgegangen ist, wird Quantenmechanik genannt.<\/p>\n Die von de Broglie und Schr\u00f6dinger vorgeschlagene Idee der Materiewellen f\u00fchrt zu einem erstaunlichen Bild des Atoms. Es erkl\u00e4rt in einfachen Worten die drei wichtigsten Eigenschaften von Atomen: ihre Stabilit\u00e4t, ihre Identit\u00e4t untereinander und ihre F\u00e4higkeit zur Regeneration. Ich habe bereits erkl\u00e4rt, wie Stabilit\u00e4t entsteht \u2013 das war Bohrs gro\u00dfer Beitrag. Die Identit\u00e4t von Atomen einer bestimmten Art ist einfach eine Folge der Identit\u00e4t von Wellenmustern in einem begrenzten Raum; Die Struktur station\u00e4rer Muster wird durch die Art und Weise bestimmt, wie die Bewegung der Elektronen begrenzt wird, und nicht durch ihre Umgebung. Die Musik des Atoms, sein Wellenmuster, bleibt gleich, egal wo es sich befindet \u2013 auf der Erde oder im Andromeda-Nebel. Dar\u00fcber hinaus hat ein station\u00e4res Muster, das nur von den Bedingungen seiner Begrenzung abh\u00e4ngt, keine Spur vergangener Geschichte, keine Erinnerung; es wird immer wieder in der gleichen Form wiederhergestellt.<\/p>\n Elektronenwellen sind nicht wie gew\u00f6hnliche Wellen. Selbst in einem Beugungsexperiment erscheinen einzelne Elektronen auf einer Fotoplatte als lokalisierte Einzelereignisse; Erst wenn wir das vom gesamten Elektronenstrahl erzeugte Muster beobachten, entdecken wir Hinweise auf ihre Wellennatur \u2013 das Beugungsmuster. Elektronenwellen seien Wahrscheinlichkeitswellen, sagte der Physiker Max Born. Sie geben uns Wahrscheinlichkeiten: Beispielsweise ist es sehr wahrscheinlich, dass wir ein Teilchen finden, bei dem die Wellenst\u00f6rungen (oder Amplituden) gro\u00df sind. Wenn die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen zu finden, gering ist, ist die Amplitude der Welle schwach. Stellen Sie sich vor, Sie beobachten den Verkehr von einem Hubschrauber aus, der \u00fcber den Stra\u00dfen von Los Angeles schwebt. Wenn Autos durch die Schr\u00f6dinger-Gleichung beschrieben w\u00fcrden, w\u00fcrden wir sagen, dass die Welle in Bereichen mit Staus stark und zwischen Staus schwach ist.<\/p>\n Dar\u00fcber hinaus werden Elektronenwellen meist als Zeichnung 8.<\/strong> Zeichnung 9.<\/strong> Wahrscheinlichkeit erzeugt Unsicherheit. F\u00fcr ein Elektron oder ein anderes Quantenobjekt k\u00f6nnen wir nur \u00fcber die Wahrscheinlichkeit sprechen, dass es sich an diesem und jenem Ort befindet oder dass sein Impuls (Masse mal Geschwindigkeit) diesem und jenem entspricht, aber diese Wahrscheinlichkeiten bilden eine Verteilung, die durch beschrieben wird eine glockenf\u00f6rmige Kurve. Die Wahrscheinlichkeit wird f\u00fcr einen bestimmten Positionswert am h\u00f6chsten sein, und dies wird der wahrscheinlichste Ort des Elektrons sein. Es wird jedoch eine ganze Reihe von Positionen geben, an denen eine erhebliche Chance besteht, ein Elektron zu finden. Die Breite dieses Bereichs entspricht der Unsicherheit der Elektronenposition. Die gleichen Argumente erlauben es uns, \u00fcber die Unsicherheit des Elektronenimpulses zu sprechen.<\/p>\n Basierend auf \u00e4hnlichen \u00dcberlegungen bewies Heisenberg mathematisch, dass das Produkt der Unsicherheiten der Position und des Impulses des Elektrons gr\u00f6\u00dfer oder gleich einer bestimmten kleinen Zahl ist, die Plancksche Konstante genannt wird. Diese urspr\u00fcnglich von Planck entdeckte Zahl legt den quantitativen Ma\u00dfstab fest, ab dem Quanteneffekte nutzbar gro\u00df werden. Wenn das Plancksche Wirkungsquantum nicht so klein w\u00e4re, w\u00fcrden die Auswirkungen der Quantenunsicherheit sogar in unsere allt\u00e4gliche makroskopische Realit\u00e4t eindringen.<\/p>\n In der klassischen Physik wird jede Bewegung durch die Kr\u00e4fte bestimmt, die sie steuern. Sobald wir die Anfangsbedingungen kennen (die Position und den Impuls eines Objekts zu einem bestimmten Anfangszeitpunkt), k\u00f6nnen wir seine genaue Flugbahn mithilfe der Newtonschen Bewegungsgleichungen berechnen. Daher f\u00fchrt die klassische Physik zur Philosophie des Determinismus \u2013 der Idee der M\u00f6glichkeit, die Bewegung aller materiellen Objekte vollst\u00e4ndig vorherzusagen.<\/p>\n Das Prinzip der Unsicherheit untergr\u00e4bt die Philosophie des Determinismus. Gem\u00e4\u00df dem Unsch\u00e4rfeprinzip k\u00f6nnen wir die Position und Geschwindigkeit (oder den Impuls) eines Elektrons nicht gleichzeitig genau bestimmen; Jeder Versuch, das eine genau zu messen, macht die Kenntnis des anderen unsicher. Daher k\u00f6nnen die Anfangsbedingungen f\u00fcr die Berechnung der Flugbahn eines Teilchens nie genau bestimmt werden, und das Konzept einer wohldefinierten Teilchenflugbahn wird unbrauchbar.<\/p>\n Aus dem gleichen Grund bieten Bohrs Umlaufbahnen keine genaue Beschreibung der Position des Elektrons: Die Position der tats\u00e4chlichen Umlaufbahnen ist ungewiss. Wir k\u00f6nnen wirklich nicht sagen, dass sich ein Elektron, das sich auf dem einen oder anderen Energieniveau befindet, in der einen oder anderen Entfernung vom Kern befindet.<\/p>\n Betrachten wir einige fantastische Szenarien, deren Autoren die Bedeutung des Unsicherheitsprinzips nicht erkannt oder vergessen haben.<\/p>\n Im Science-Fiction-Buch Fantastic Voyage und dem darauf basierenden Film wurden Objekte durch Verdichtung in Miniaturformate umgewandelt. Haben Sie sich jemals gefragt, ob es m\u00f6glich ist, Atome zu komprimieren? Schlie\u00dflich bestehen sie gr\u00f6\u00dftenteils aus leerem Raum. Ist das m\u00f6glich? Entscheiden Sie selbst nach dem Unsch\u00e4rfeprinzip. Die Gr\u00f6\u00dfe eines Atoms gibt eine ungef\u00e4hre Vorstellung davon, wie unsicher die Position seiner Elektronen ist. Durch die Verdichtung eines Atoms werden seine Elektronen in einem kleineren Raumvolumen platziert, wodurch die Unsicherheit ihrer Position verringert wird. aber die Unsicherheit ihrer Dynamik muss zunehmen. Eine Erh\u00f6hung der Unsicherheit des Impulses des Elektrons bedeutet eine Erh\u00f6hung seiner Geschwindigkeit. Durch die Verdichtung erh\u00f6ht sich also die Geschwindigkeit der Elektronen und sie k\u00f6nnen das Atom leichter verlassen.<\/p>\n In einem weiteren Science-Fiction-Beispiel gibt Captain Kirk (aus der klassischen Fernsehserie Star Trek) den Befehl: Starten! Auf dem Armaturenbrett wird ein Knopf gedr\u00fcckt und schwupps, die Leute auf dem Bahnsteig verschwinden und tauchen an einem Ziel auf, das angeblich ein unerforschter Planet ist, aber einer Hollywood-Kulisse sehr \u00e4hnelt. In einem seiner auf der Star-Trek-Reihe basierenden Romane versuchte James Blish, diesen Prozess als Quantensprung zu charakterisieren. So wie ein Elektron von einer Atomumlaufbahn zur n\u00e4chsten springt, ohne den Raum dazwischen zu durchqueren, so w\u00fcrde es auch die Besatzung des Raumschiffs Enterprise tun. Hier k\u00f6nnen Sie sehen, wo das Problem liegt. Wann und wo das Elektron den Sprung macht, unterliegt nicht dem Kausalit\u00e4tsgesetz und ist aufgrund der Wahrscheinlichkeits- und Unsicherheitsgesetze des Quantensprungs nicht vorhersehbar. Ein solcher Quantentransport w\u00fcrde die Helden der Enterprise zumindest manchmal dazu zwingen, sehr lange zu warten, um irgendwohin zu gelangen.<\/p>\n Quantenphantasien m\u00f6gen Spa\u00df machen, aber das ultimative Ziel der neuen Physik und dieses Buches ist ernst. Es soll uns helfen, mit unserer t\u00e4glichen Realit\u00e4t umzugehen.<\/p>\n Die vorstehenden Hintergrundinformationen helfen bei der Kl\u00e4rung einiger r\u00e4tselhafter Fragen. Bedeutet das Quantenbild eines Elektrons, das sich in Wellen um einen Kern bewegt, dass Ladung und Masse des Elektrons \u00fcber das ganze Atom verteilt sind? Und bedeutet die Tatsache, dass sich ein freies Elektron als Welle ausbreitet, nach Schr\u00f6dingers Theorie, dass seine Ladung nun \u00fcber den Raum verteilt ist? Mit anderen Worten: Wie l\u00e4sst sich das Wellenmuster eines Elektrons mit der Tatsache vereinbaren, dass es die Eigenschaften eines lokalisierten Teilchens hat? Die Antworten auf diese Fragen sind recht komplex.<\/p>\n Es scheint, dass es zumindest Wellenpakete erm\u00f6glichen, ein Elektron auf einen kleinen Raum zu beschr\u00e4nken. Leider ist nicht alles so einfach. Ein Wellenpaket, das zu einem bestimmten Zeitpunkt die Schr\u00f6dinger-Gleichung erf\u00fcllt, muss sich \u00fcber die Zeit ausbreiten.<\/p>\n In einem anf\u00e4nglichen Moment k\u00f6nnen wir das Elektron an einem winzigen Punkt lokalisieren, aber innerhalb von Sekunden breitet sich das Wellenpaket des Elektrons \u00fcber die gesamte Stadt aus. Obwohl die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron an einem winzigen Ort zu finden, zun\u00e4chst \u00fcberw\u00e4ltigend hoch ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron irgendwo in der Stadt auftaucht, bereits nach wenigen Sekunden erheblich. Und wenn wir lange genug warten, k\u00f6nnte das Elektron \u00fcberall im ganzen Land oder sogar im gesamten Universum auftauchen.<\/p>\n Es ist diese Ausbreitung des Wellenpakets, die zu den anhaltenden Witzen \u00fcber die Quantenpr\u00e4destination unter Kennern beitr\u00e4gt. Nehmen Sie zum Beispiel diese quantenmechanische Methode zur Materialisierung eines Weihnachtstruthahns: Bereiten Sie den Ofen vor und warten Sie \u2013 die Wahrscheinlichkeit, dass ein Truthahn aus einem nahe gelegenen Gesch\u00e4ft in Ihrem Ofen materialisiert, ist ungleich Null.<\/p>\n Ungl\u00fccklicherweise f\u00fcr den Truthahnliebhaber ist die Ausbreitung bei so massiven Objekten wie dem Truthahn extrem langsam. Um auch nur ein kleines St\u00fcck Truthahn auf diese Weise zu materialisieren, m\u00fcsste m\u00f6glicherweise die gesamte Existenz des Universums warten.<\/p>\n Was ist mit dem Elektron? Wie l\u00e4sst sich die Ausbreitung eines Elektronenwellenpakets in der Stadt mit dem Bild eines lokalisierten Teilchens in Einklang bringen? Die Antwort ist, dass wir den Akt der Beobachtung in unseren Berechnungen ber\u00fccksichtigen m\u00fcssen.<\/p>\n Wenn wir die Ladung eines Elektrons messen wollen, m\u00fcssen wir es in einer Art Dampfwolke in einer Kondensationskammer einfangen. Aufgrund dieser Messung m\u00fcssen wir davon ausgehen, dass die Elektronenwelle zusammenbricht, so dass wir nun den Weg des Elektrons durch die Dampfwolke erkennen k\u00f6nnen (Abb. 10). Laut Heisenberg \u201eentsteht der Weg eines Elektrons erst, wenn wir ihn beobachten.\u201c Wenn wir eine Messung durchf\u00fchren, finden wir immer ein Elektron lokalisiert als Teilchen. Wir k\u00f6nnen sagen, dass unsere Messung die Elektronenwelle auf den Teilchenzustand reduziert.<\/p>\n Zeichnung 10.<\/strong> Als Schr\u00f6dinger seine Wellengleichung vorschlug, dachten er und andere, dass sie die Physik m\u00f6glicherweise von Quantenspr\u00fcngen \u2013 von der Diskontinuit\u00e4t \u2013 befreit h\u00e4tten, da die Wellenbewegung kontinuierlich sei. Allerdings musste die Korpuskularnatur von Quantenobjekten mit ihrer Wellennatur in Einklang gebracht werden. Daher wurden Wellenpakete vorgeschlagen. Mit der Erkenntnis der Ausbreitung des Wellenpakets und der Erkenntnis, dass es die Messung ist, die den sofortigen Zusammenbruch der Paketdimensionen verursachen muss, sehen wir schlie\u00dflich, dass der Zusammenbruch intermittierend sein muss (ein kontinuierlicher Zusammenbruch w\u00fcrde Zeit brauchen).<\/p>\n Es scheint, als g\u00e4be es keine Quantenmechanik ohne Quantenspr\u00fcnge. Schr\u00f6dinger besuchte Bohr einmal in Kopenhagen, wo er tagelang gegen Quantenspr\u00fcnge protestierte. Es hei\u00dft, er habe schlie\u00dflich aufgegeben und genervt ausgerufen: \u201eWenn ich gewusst h\u00e4tte, dass es notwendig ist, diesen verdammten Quantensprung zu erkennen, h\u00e4tte ich mich nie mit der Quantenmechanik besch\u00e4ftigt.\u201c<\/p>\n Kehren wir zum Atom zur\u00fcck: Wenn wir die Position eines Elektrons in einem atomaren station\u00e4ren Zustand messen, kollabieren seine Wahrscheinlichkeitswolke wieder und finden es an einer bestimmten Position und nicht \u00fcberall verschmiert. Indem wir auf der Suche nach einem Elektron eine gro\u00dfe Anzahl von Messungen durchf\u00fchren, werden wir es gem\u00e4\u00df der Vorhersage der Schr\u00f6dinger-Gleichung h\u00e4ufiger an Orten finden, an denen die Wahrscheinlichkeit, es zu finden, hoch ist. Wenn wir nach einer gro\u00dfen Anzahl von Messungen die gemessenen Positionen grafisch darstellen, sieht es tats\u00e4chlich genauso aus wie die unscharfe Orbitalverteilung, die die L\u00f6sung der Schr\u00f6dinger-Gleichung ergibt (Abb. 11).<\/p>\n Zeichnung 11.<\/strong> Wie sieht aus dieser Sicht ein fliegendes Elektron aus? Wenn wir zum ersten Mal ein sich ausbreitendes submikroskopisches Objekt beobachten, stellen wir fest, dass es als Teilchen in einem winzigen Wellenpaket lokalisiert ist. Nach der Beobachtung l\u00f6st sich das Paket jedoch auf und die Streuung des Pakets stellt die Wolke unserer Unsicherheit \u00fcber das Paket dar. Wenn wir erneut beobachten, wird das Paket wieder lokalisiert, aber zwischen unseren Beobachtungen l\u00f6st es sich immer auf.<\/p>\n Laut dem Physiker und Philosophen Henry Margenau ist der Anblick von Elektronen wie der Anblick von Gl\u00fchw\u00fcrmchen an einem Sommerabend. M\u00f6glicherweise sehen Sie hier einen Blitz und dort ein Lichtflackern, haben aber zwischen Ihren Sichtungen keine Ahnung, wo sich das Gl\u00fchw\u00fcrmchen befindet. Sie k\u00f6nnen seine Flugbahn nicht mit Sicherheit bestimmen. Selbst f\u00fcr ein so makroskopisches Objekt wie den Mond sagt die Quantenmechanik im Wesentlichen das gleiche Bild voraus \u2013 der einzige Unterschied besteht darin, dass die Streuung des Wellenpakets unermesslich gering ist (aber zwischen den Beobachtungen ungleich Null).<\/p>\n Jetzt kommen wir zum Kern der Sache. Immer wenn wir ein Quantenobjekt messen, erscheint es an einer Stelle als Teilchen. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung identifiziert einfach den Ort (oder die Orte), an dem sie sich wahrscheinlich befindet, wenn wir sie messen \u2013 mehr nicht. Wenn wir es nicht messen, streut ein Quantenobjekt und existiert gleichzeitig an mehr als einem Ort, genau wie eine Welle oder eine Wolke \u2013 nicht weniger.<\/p>\n Die Quantenphysik bietet eine neue und aufregende Weltanschauung, die alte Konzepte wie deterministische Flugbahnen und kausale Kontinuit\u00e4t in Frage stellt. Wenn die Anfangsbedingungen nicht f\u00fcr immer die Bewegung eines Objekts bestimmen, wenn jeder Moment, den wir beobachten, zu einem Neuanfang wird, dann ist die Welt auf einer fundamentalen Ebene kreativ.<\/p>\n Es gab einen Kosaken, der sah, wie fast jeden Tag ungef\u00e4hr zur gleichen Zeit ein Rabbiner den Stadtplatz \u00fcberquerte. Eines Tages fragte er aus Neugier: \u201eWohin gehst du, Rabbi?\u201c Eine neue Art, das Paradoxon des Welle-Teilchen-Dualismus zu verstehen, wurde von Bohr vorgeschlagen. Ihm zufolge sind die Wellen- und Teilchennatur des Elektrons keine dualen, sondern lediglich polar entgegengesetzte Eigenschaften. Dies sind komplement\u00e4re Eigenschaften, die uns in Komplement\u00e4rexperimenten offenbart werden. Wenn wir das Beugungsmuster eines Elektrons aufnehmen, entdecken wir seine Wellennatur; Wenn wir es in einer Dampfwolke verfolgen, erkennen wir seine korpuskul\u00e4re Natur. Elektronen sind weder Wellen noch Teilchen. Sie k\u00f6nnen als \u201eWellenteilchen\u201c bezeichnet werden, weil ihre wahre Natur \u00fcber beide Beschreibungen hinausgeht. Dies ist das Prinzip der Komplementarit\u00e4t.<\/p>\n Seit man bedenkt, dass ein und dasselbe Quantenobjekt scheinbar widerspr\u00fcchliche Eigenschaften wie Welle und Teilchen f\u00fcr die menschliche Psyche gef\u00e4hrlich sein kann, hat die Natur einen Sto\u00dfd\u00e4mpfer bereitgestellt. Bohrs Komplementarit\u00e4tsprinzip versichert uns, dass wir, obwohl Quantenobjekte sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften haben, in jeder experimentellen Umgebung immer nur einen Aspekt eines Wellenteilchens messen k\u00f6nnen. Wir entscheiden, welchen Aspekt des Wellenteilchens wir sehen m\u00f6chten, indem wir die entsprechende experimentelle Einstellung w\u00e4hlen.<\/p>\n Nachdem man die revolution\u00e4ren Ideen der neuen Physik verstanden hat, w\u00e4re es v\u00f6llig falsch zu glauben, dass Newtons Physik v\u00f6llig falsch sei. Die alte Physik lebt im Bereich der meisten (aber nicht aller) grobstofflichen Materie als Sonderfall der neuen Physik weiter. Ein wichtiges Merkmal der Wissenschaft besteht darin, dass eine neue Ordnung, die eine alte ersetzt, in der Regel ihren Anwendungsbereich erweitert. Im alten Bereich bleiben die mathematischen Gleichungen der alten Physik g\u00fcltig (best\u00e4tigt durch experimentelle Daten). Daher entsprechen im Bereich der klassischen Physik die Schlussfolgerungen der Quantenphysik \u00fcber die Bewegung von Objekten eindeutig denen, die mit der Newtonschen Mathematik unter der Annahme getroffen wurden, dass die K\u00f6rper, mit denen wir es zu tun haben, klassisch sind. Bohr formulierte dieses Korrespondenzprinzip. Die Beziehung zwischen klassischer und Quantenphysik \u00e4hnelt in gewisser Weise einer visuellen Illusion. \u201eMeine Frau und meine Schwiegermutter\u201c (Abb. 12). Was sehen Sie auf diesem Bild? Zuerst sieht man entweder die Ehefrau oder die Schwiegermutter. Ich sehe immer zuerst meine Frau. Tats\u00e4chlich kann es eine Weile dauern, bis Sie das zweite Bild in der Zeichnung erkennen. Schaut man genau hin, erscheint pl\u00f6tzlich ein zweites Bild. Das Kinn der Frau wird zur Nase der Schwiegermutter, ihr Hals zum Kinn einer \u00e4lteren Frau und so weiter. Sie fragen sich vielleicht: Was ist los? Die Linien der Zeichnung bleiben die gleichen, aber pl\u00f6tzlich wird Ihnen eine neue Art, das Gem\u00e4lde wahrzunehmen, m\u00f6glich. Schon bald stellen Sie fest, dass Sie problemlos vom alten Bild zum neuen und wieder zur\u00fcck wechseln k\u00f6nnen. In jedem Moment siehst du immer noch nur eines der beiden Bilder, aber dein Bewusstsein hat sich erweitert, sodass du dir ihrer Dualit\u00e4t bewusst bist. In diesem erweiterten Bewusstseinszustand beginnt die Fremdartigkeit der Quantenphysik deutlich zu werden. Es wird sogar spannend. Um Hamlets an Horatio gerichtete Worte zu paraphrasieren, k\u00f6nnen wir sagen, dass es im Himmel und auf der Erde viele Dinge gibt, von denen die klassische Physik nie getr\u00e4umt h\u00e4tte.<\/p>\n Zeichnung 12.<\/strong> Die Quantenmechanik gibt uns eine breitere Perspektive, einen neuen Kontext, der unsere Wahrnehmung in einen neuen Bereich erweitert. Wir k\u00f6nnen die Natur als separate Formen betrachten \u2013 Wellen oder Teilchen \u2013 oder wir k\u00f6nnen Komplementarit\u00e4t erkennen: die Vorstellung, dass dasselbe Ding sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften hat.<\/p>\n Nach der sogenannten Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik, entwickelt von Bohr, Heisenberg und Born, berechnen wir Quantenobjekte als Wellen und interpretieren die Wellen auf probabilistische Weise. Wir definieren ihre Attribute wie Position und Impuls etwas vage und verstehen sie im Sinne des Komplementarit\u00e4tsprinzips. Dar\u00fcber hinaus gelten mangelnde Kontinuit\u00e4t und Quantenspr\u00fcnge \u2013 beispielsweise der Zusammenbruch eines sich ausdehnenden Wellenpakets bei der Beobachtung \u2013 als grundlegende Aspekte des Verhaltens eines Quantenobjekts. Ein weiterer Aspekt der Quantenmechanik ist die Untrennbarkeit. \u00dcber ein Quantenobjekt zu sprechen, ohne dar\u00fcber zu sprechen, wie wir es beobachten, macht keinen Sinn, da das eine vom anderen untrennbar ist. F\u00fcr massive Makroobjekte schlie\u00dflich stimmen die Vorhersagen der Quantenmechanik mit den Vorhersagen der klassischen Physik \u00fcberein. Dies verbietet die Manifestation solcher Quanteneffekte wie Wahrscheinlichkeit und Diskontinuit\u00e4t im makroskopischen Bereich der Natur, die wir direkt mit Hilfe unserer Sinne beobachten. Die klassische Korrespondenz verschleiert die Quantenrealit\u00e4t.<\/p>\n Die Prinzipien der Quantentheorie erm\u00f6glichen es, die unbegr\u00fcndeten Annahmen des materiellen Realismus aufzugeben.<\/p>\n Annahme 1: Strikte Objektivit\u00e4t<\/em>\u00a0. Die Grundannahme des Materialismus ist, dass es ein von uns unabh\u00e4ngiges materielles Universum gibt. Diese Annahme hat offensichtlich eine praktische G\u00fcltigkeit und wird oft als notwendig f\u00fcr die sinnvolle Aus\u00fcbung der Wissenschaft angesehen. Ist diese Annahme wirklich berechtigt? Die Quantenphysik zeigt, dass wir entscheiden, welchen Aspekt \u2013 Welle oder Teilchen \u2013 ein Quantenobjekt in einer bestimmten Situation zeigen soll. Dar\u00fcber hinaus kollabiert unsere Beobachtung das Quantenwellenpaket zu einem lokalisierten Teilchen. Subjekte und Objekte sind untrennbar miteinander verbunden. Wenn dem so ist, wie kann man dann an der Annahme strenger Objektivit\u00e4t festhalten?<\/p>\n Annahme 2: Kausaler Determinismus.<\/em>\u00a0Eine weitere Annahme der klassischen Wissenschaft, die dem materiellen Realismus zugrunde liegt, ist, dass die Welt grunds\u00e4tzlich deterministisch ist: Wir m\u00fcssen nur die auf jedes Objekt wirkenden Kr\u00e4fte und die Anfangsbedingungen (die Anfangsgeschwindigkeit und Position des Objekts) kennen. Das Prinzip der Quantenunsicherheit besagt jedoch, dass wir niemals gleichzeitig die Geschwindigkeit und die Position eines Objekts mit absoluter Genauigkeit bestimmen k\u00f6nnen. Unser Wissen \u00fcber die Anfangsbedingungen wird immer Fehler enthalten und ein strikter Determinismus ist inakzeptabel. Die blo\u00dfe Idee der Kausalit\u00e4t ist ebenso verd\u00e4chtig. Da das Verhalten von Quantenobjekten probabilistisch ist, ist eine strenge Ursache-Wirkungs-Beschreibung des Verhaltens eines einzelnen Objekts unm\u00f6glich. Wenn wir stattdessen \u00fcber gro\u00dfe Partikelgruppen sprechen, haben wir eine statistische Ursache und eine statistische Wirkung.<\/p>\n Annahme 3: Lokalit\u00e4t.<\/em>\u00a0Die Annahme der Lokalit\u00e4t \u2013 dass alle Wechselwirkungen zwischen materiellen Objekten durch lokale Signale vermittelt werden \u2013 ist von entscheidender Bedeutung f\u00fcr die materialistische Sichtweise, dass Objekte im Wesentlichen getrennt und unabh\u00e4ngig voneinander existieren. Wenn die Wellen jedoch weite Strecken zur\u00fccklegen und dann bei einer Messung pl\u00f6tzlich zusammenbrechen, wird der Einfluss unserer Messung nicht lokal \u00fcbertragen. Somit ist die Lokalit\u00e4t ausgeschlossen. Dies ist ein weiterer Todessto\u00df f\u00fcr den materiellen Realismus.<\/p>\n Annahmen 4 und 5. Materialismus und Epiph\u00e4nomenalismus.<\/em>\u00a0Der Materialismus behauptet, dass subjektive mentale Ph\u00e4nomene lediglich Epiph\u00e4nomene der Materie sind und vollst\u00e4ndig auf das materielle Gehirn reduziert werden k\u00f6nnen. Um das Verhalten von Quantenobjekten zu verstehen, m\u00fcssen wir jedoch nach dem Prinzip der Komplementarit\u00e4t und der Idee der Subjekt-Objekt-Verwirrung offenbar das Bewusstsein ber\u00fccksichtigen \u2013 unsere F\u00e4higkeit, Entscheidungen zu treffen. Dar\u00fcber hinaus erscheint es absurd, dass ein Epiph\u00e4nomen der Materie die Materie beeinflussen kann: Wenn Bewusstsein ein Epiph\u00e4nomen ist, wie kann es dann bei der Durchf\u00fchrung einer Quantenmessung eine zerstreute Welle eines Quantenobjekts in ein lokalisiertes Teilchen \u201ekollabieren\u201c?<\/p>\n Trotz des Korrespondenzprinzips widerspricht das neue Paradigma der Physik \u2013 die Quantenphysik \u2013 den Daten des materiellen Realismus. An dieser Schlussfolgerung f\u00fchrt kein Weg vorbei. Unter Berufung auf das Korrespondenzprinzip k\u00f6nnen wir nicht sagen, dass die klassische Physik f\u00fcr Makroobjekte f\u00fcr alle praktischen Zwecke g\u00fcltig ist, und dass wir, da wir in der Makrowelt leben, davon ausgehen werden, dass die Quantenfremdheit auf den submikroskopischen Bereich der Natur beschr\u00e4nkt ist. Im Gegenteil, die Fremdheit verfolgt uns auf der Makroebene. Wenn wir die Welt in die Bereiche der klassischen Physik und der Quantenphysik einteilen, entstehen unl\u00f6sbare Quantenparadoxien.<\/p>\n In Indien haben sich Menschen eine clevere Methode ausgedacht, Affen mithilfe eines Beh\u00e4lters voller N\u00fcsse zu fangen. Der Affe greift in den Beh\u00e4lter und schnappt sich eine Handvoll N\u00fcsse. Leider kann sie, nachdem sie das Essen in der Faust geballt hat, ihre Hand nicht mehr herausziehen \u2013 der Hals des Gef\u00e4\u00dfes ist zu eng. Die Falle funktioniert, weil die Gier des Affen ihn daran hindert, die N\u00fcsse freizugeben. Die Axiome des materiellen Realismus sind Materialismus, Determinismus, Lokalit\u00e4t usw. – haben uns in der Vergangenheit gute Dienste geleistet, als unser Wissen begrenzter war als heute, aber jetzt sind sie f\u00fcr uns zu einer Falle geworden. M\u00f6glicherweise m\u00fcssen wir die N\u00fcsse der Gewissheit aufgeben, um die Freiheit anzunehmen, die jenseits des materiellen Bereichs liegt.<\/p>\n Wenn der materielle Realismus keine ad\u00e4quate Philosophie f\u00fcr die Physik sein kann, welche Philosophie kann dann mit all der Seltsamkeit des Quantenverhaltens umgehen? Dies ist die Philosophie des monistischen Idealismus, die allen Religionen der Welt zugrunde liegt.<\/p>\n Traditionell erkennen nur Religionen und Geisteswissenschaften den Wert des menschlichen Lebens an, der \u00fcber das physische \u00dcberleben hinausgeht \u2013 ein Wert, der sich aus unserer Liebe zur Sch\u00f6nheit ergibt; unsere kreativen F\u00e4higkeiten in Kunst, Musik und Denken; und unsere Spiritualit\u00e4t in der Intuition der Einheit. Die Naturwissenschaften, eingesperrt im Rahmen der klassischen Physik und ihrem philosophischen Gep\u00e4ck des materiellen Realismus, waren ein Verf\u00fchrer des Skeptizismus. Jetzt braucht die neue Physik dringend eine neue, befreiende Philosophie, die unserem aktuellen Wissensstand entspricht. Wenn der monistische Idealismus der richtige Weg ist, dann werden die Natur- und Geisteswissenschaften zusammen mit den Religionen zum ersten Mal seit Descartes Hand in Hand bei der Suche nach der gesamten menschlichen Wahrheit gehen k\u00f6nnen.<\/p>\n Inhalt<\/h3>\n VORWORT<\/a> KAPITEL 3. Quantenphysik und der Tod des materiellen Realismus Vor fast einem Jahrhundert wurden in der Physik eine Reihe experimenteller Entdeckungen gemacht, die eine \u00c4nderung unserer Weltanschauung erforderten. Was diese Experimente enth\u00fcllten, waren, um es mit den Worten des Philosophen Thomas Kuhn zu sagen, Anomalien, die die klassische Physik nicht erkl\u00e4ren konnte. Diese Anomalien ebneten den Weg f\u00fcr eine Revolution im wissenschaftlichen Denken.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":391,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[42],"tags":[60],"class_list":{"0":"post-427","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-bibliothek","8":"tag-epiphaenomen"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/427","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=427"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/427\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":513,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/427\/revisions\/513"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/media\/391"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=427"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=427"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/artemiada\/deu\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=427"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}
\nSie\u00a0<\/strong>(verr\u00fcckt<\/em>\u00a0): Ich kann einfach nicht verstehen, warum wir jetzt nicht ein Sonnenbad nehmen.
\nSie\u00a0<\/strong>(lacht):<\/em>\u00a0Na ja, das w\u00e4re sch\u00f6n. Vielleicht haben wir sogar einen Grund, im Sommer den Kamin zu benutzen.
\nSie:<\/strong>\u00a0Sehen Sie, die Theorie besagt, dass die Strahlung des Kamins genauso reich an ultraviolettem Licht sein sollte wie Sonnenlicht. Aber was macht das Sonnenlicht und nicht das Kaminlicht reich an diesen hohen Frequenzen? Warum br\u00e4unen wir uns jetzt nicht mit einem UV-Bad?
\nSie:<\/strong>\u00a0Warten Sie bitte. Damit ich mir das ernsthaft anh\u00f6ren kann, m\u00fcssen Sie etwas langsamer werden und es erkl\u00e4ren. Was ist Frequenz? Was ist Ultraviolett?
\nSie:<\/strong>\u00a0Entschuldigung. Die Frequenz ist die Anzahl der Zyklen pro Sekunde. Dies ist ein Ma\u00df daf\u00fcr, wie schnell eine Welle schwingt. F\u00fcr Licht bedeutet das Farbe. Wei\u00dfes Licht besteht aus Licht unterschiedlicher Frequenz oder Farbe. Rot ist niederfrequentes Licht und violett ist hochfrequentes Licht. Ist die Frequenz noch h\u00f6her, handelt es sich um eine unsichtbare schwarze Farbe, die wir Ultraviolett nennen.
\nSie:<\/strong>\u00a0Okay, also m\u00fcssen sowohl das Licht von brennendem Holz als auch das Licht der Sonne viel ultraviolette Strahlung enthalten. Leider gehorcht die Sonne Ihrer Theorie, das Verbrennen von Holz jedoch nicht. Vielleicht ist das Verbrennen von Holz etwas Besonderes …
\nSie:<\/strong>\u00a0Eigentlich ist es sogar noch schlimmer. Alle Lichtquellen, nicht nur die Sonne oder brennendes Holz, sollten gro\u00dfe Mengen ultravioletter Strahlung erzeugen.
\nSie:<\/strong>\u00a0Ah, das wird langsam interessant. Ultraviolette Inflation ist allgegenw\u00e4rtig. Aber folgt nicht auf jede Inflation eine Rezession? Sagt das Lied nicht, dass alles, was steigt, fallen muss? (\u00a0Sie beginnt wortlos zu summen.)<\/em>
\nDu\u00a0<\/strong>(genervt<\/em>\u00a0): Aber wie?
\nSie (\u00a0<\/strong>h\u00e4lt eine Sch\u00fcssel mit N\u00fcssen hin):<\/em>\u00a0Willst du ein paar N\u00fcsse, Liebes?
\n(Das Gespr\u00e4ch endet.)<\/em><\/p>\nPlanck macht seinen ersten Quantensprung<\/h4>\n
\nQuantum,<\/em>\u00a0was \u201eQuantit\u00e4t\u201c aus dem Lateinischen bedeutet). Die Emission von Licht von hei\u00dfen Objekten \u2013 wie brennendem Holz oder der Sonne \u2013 wird durch Elektronen, winzige oszillierende elektrische Ladungen, verursacht. Diese Elektronen absorbieren Energie aus einer beheizten Umgebung, beispielsweise einem Kamin, und geben sie dann als Strahlung wieder ab. Dieser Teil der alten Physik war richtig, aber dann sagte die klassische Physik voraus, dass die emittierte Strahlung reich an Ultraviolett sein sollte, was unseren Beobachtungen widersprach. Planck verk\u00fcndete (sehr mutig), dass das Problem der Emission unterschiedlicher Mengen ultravioletten Lichts durch die Annahme gel\u00f6st werden k\u00f6nne, dass Elektronen nur in bestimmten diskreten Anteilen Energie emittieren oder absorbieren, die er \u201eEnergiequanten\u201c nannte.<\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_1.png\")
<\/p>\n
\nQuantensprung. Auf einer schiefen Ebene ist die klassische Bewegung einer Kugel kontinuierlich; Auf der Quantenleiter erfolgt Bewegung in Form diskreter Stufen (Quantenspr\u00fcnge).<\/em><\/p>\nEinsteins Photonen und Bohrs Atom<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_2.png\")
<\/p>\n
\nDie Umlaufbahnen von Satelliten, die die Erde umkreisen, sind instabil. Die Bahnen der Elektronen verhalten sich im Rutherford-Modell des Atoms auf die gleiche Weise.<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_3.png\")
<\/p>\n
\nBohrs Umlaufbahn und Quantensprung: a \u2013 quantisierte Bohr-Umlaufbahnen. Atome emittieren Licht, wenn Elektronen von einer Umlaufbahn zur anderen springen. b \u2013 F\u00fcr Quantenspr\u00fcnge entlang der Energieleiter ist es nicht erforderlich, den Zwischenraum zwischen den Stufen zu durchlaufen<\/em><\/p>\nWelle-Teilchen-Dualit\u00e4t<\/h4>\n
Materiewellen<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_4.png\")
<\/p>\n
\nGrafische Darstellung der Welle<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_5.png\")
<\/p>\n
\nDie ersten Harmonischen einer station\u00e4ren oder stehenden Welle in einer Gitarrensaite<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_6.png\")
<\/p>\n
\nDe Broglies Idee: K\u00f6nnten Elektronen im begrenzten Raum eines Atoms nicht station\u00e4re Wellen sein?<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_7.png\")
<\/p>\n
\nKonzentrische Beugungsringe zeigen die Wellennatur von Elektronen<\/em><\/p>\nWellen der Wahrscheinlichkeit<\/h4>\n
\nWellenpakete<\/em>\u00a0dargestellt . Mithilfe des Paketkonzepts k\u00f6nnen wir die Wellenamplitude in bestimmten Raumregionen gro\u00df und an allen anderen Orten klein machen (Abb. 8). Dies ist wichtig, da die Welle ein lokalisiertes Teilchen darstellen muss. Ein Wellenpaket ist ein Wahrscheinlichkeitspaket, und Born argumentierte, dass bei Elektronenwellen das Quadrat der Wellenamplitude \u2013 technisch gesehen Wellenfunktion \u2013 an einem Punkt im Raum die Wahrscheinlichkeit angibt, an diesem Punkt ein Elektron zu finden. Diese Wahrscheinlichkeit kann durch eine glockenf\u00f6rmige Kurve dargestellt werden (Abb. 9).<\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_8.png\")
<\/p>\n
\nDie \u00dcberlagerung vieler einfacher Wellen bildet ein typisches lokales Wellenpaket (Aus P. W. Atkins‘ Buch Quanta: A Handbook of Concepts, Oxford: Clairdon Press, 1974)<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_9.png\")
<\/p>\n
\nTypische Wahrscheinlichkeitsverteilung<\/em><\/p>\nHeisenberg-Unsicherheitsprinzip<\/h4>\n
Zweifelhafte Fantasien<\/h4>\n
Welle-Teilchen-Dualit\u00e4t und Quantenmessung<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_10.png\")
<\/p>\n
\nElektronenspur in einer Dampfwolke<\/em><\/p>\n![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_11.png\")
<\/p>\n
\nErgebnisse mehrerer Messungen der Position des Elektrons im Wasserstoffatom in der niedrigsten Umlaufbahn. Es ist offensichtlich, dass die Elektronenwelle normalerweise dort zusammenbricht, wo die vorhergesagte Wahrscheinlichkeit, sie zu finden, hoch ist, was zu einer unscharfen Umlaufbahn f\u00fchrt<\/em><\/p>\n
\nDer Rabbi antwortete: \u201eIch wei\u00df es nicht genau.\u201c
\n\u201eUm diese Zeit passiert man diese Stra\u00dfe jeden Tag. Nat\u00fcrlich wei\u00dft du, wohin du gehst.
\nAls der Rabbi darauf beharrte, dass er das nicht wisse, wurde der Kosak w\u00fctend, dann misstrauisch und brachte den Rabbi schlie\u00dflich ins Gef\u00e4ngnis. Gerade als er die Zellent\u00fcr abschloss, sah ihn der Rabbi an und sagte leise: \u201eSehen Sie, ich wusste es nicht.\u201c
\nBevor der Kosak ihn aufhielt, wusste der Rabbi, wohin er ging, aber danach wusste er es nicht mehr. Das Anhalten (man k\u00f6nnte es auch Messen nennen) er\u00f6ffnete neue M\u00f6glichkeiten. Das ist die Bedeutung der Quantenmechanik. Die Welt wird nicht ein f\u00fcr alle Mal durch Anfangsbedingungen bestimmt. Jede Messveranstaltung ist potenziell kreativ und kann neue M\u00f6glichkeiten er\u00f6ffnen.<\/p>\nDas Prinzip der Komplementarit\u00e4t<\/h4>\n
Prinzip der Korrespondenz<\/h4>\n
![](\"https:\/\/artemiada.ru\/wp-content\/uploads\/2024\/04\/080424img_12.png\")
<\/p>\n
\nMeine Frau und meine Schwiegermutter<\/em><\/p>\nKopenhagener Interpretation<\/h4>\n
\u00dcberwindung des materiellen Realismus<\/h4>\n
Das Buch \u201eThe Self-Aware Universe. Wie Bewusstsein die materielle Welt erschafft.\u201c Amit Goswami<\/p>\n
\nTEIL I. Die Vereinigung von Wissenschaft und Spiritualit\u00e4t<\/a>
\nKAPITEL 1. DAS KAPITEL UND DIE BR\u00dcCKE<\/a>
\nKAPITEL 2. ALTE PHYSIK UND IHR PHILOSOPHISCHES ERBE<\/a>
\nKAPITEL 3. QUANTENPHYSIK UND DER TOD DES MATERIALISCHEN REALISMUS<\/a>
\nKAPITEL 4. DIE PHILOSOPHIE DES MONISTISCHEN IDEALISMUS<\/a>
\nTEIL II. IDEALISMUS UND DIE AUFL\u00d6SUNG VON QUANTUMPARADOXEN<\/a>
\nKAPITEL 5. OBJEKTE AN ZWEI ORTEN GLEICHZEITIG UND WIRKUNGEN, DIE IHREN URSACHEN VORHERGEHEN<\/a>
\nKAPITEL 6. DIE NEUN LEBEN VON SCHR\u00d6DINGERS KATZE<\/a>
\nKAPITEL 7. ICH W\u00c4HLE DAHER, ICH BIN<\/a>
\nKAPITEL 8. DER EINSTEIN-PODOLSKY -ROSEN PARADOX<\/a>
\nKAPITEL 9. VERS\u00d6NUNG VON REALISMUS UND IDEALISMUS<\/a>
\nTEIL III. SELBSTREFERENZ: WIE MAN VIELE WIRD<\/a>
\nKAPITEL 10. ERKUNDUNG DES GEIST-K\u00d6RPER-PROBLEMS<\/a>
\nKAPITEL 11. AUF DER SUCHE NACH DEM QUANTENGEIST<\/a>
\nKAPITEL 12. PARADOXE UND KOMPLEXE HIERARCHIEN<\/a>
\nKAPITEL 13. \u201eICH\u201c DES BEWUSSTSEINS<\/a>
\nKAPITEL 14. VEREINIGUNG DER PSYCHOLOGIEN<\/a>
\nTEIL IV . R\u00dcCKKEHR DES CHARMES<\/a>
\nKAPITEL 15. KRIEG UND FRIEDEN<\/a>
\nKAPITEL 16. EXTERNE UND INNERE KREATIVIT\u00c4T<\/a>
\nKAPITEL 17. DAS ERWACHEN BUDDHAS<\/a>
\nKAPITEL 18. IDEALISMALE THEORIE DER ETHIK<\/a>
\nKAPITEL 19. SPIRITUELLE FREUDE<\/a>
\nGLOBAR DER BEGRIFFE<\/a>
\n<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"