Inhaltsverzeichnis
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Inhaltsverzeichnis Einleitung 1 1 Licht und Materie Was ist eigentlich Licht? Aber was schwingt da wie? Was sind Frequenz und Wellenlänge des Lichts? Was ist eigentlich Materie? Woraus besteht ruhemassebehaftete Materie? Sind Elementarteilchen wirklich Teilchen? 7 8 9 11 12 13 15 2 Die Herkunft des Planckschen Wirkungsquantums Woher kommt die Quantenhypothese? Wie konnte die Ultraviolettkatastrophe gelöst werden? Wovon ist der Energiebetrag eines Lichtquants abhängig? 17 18 19 20 3 Der photoelektrische Effekt Was ist der photoelektrische Effekt? Was ist das Nichtklassische am Photoeffekt? Wie löste Einstein diese Widersprüche? Wie lässt sich hierdurch ein Wert für h bestimmen? 23 24 25 28 30 4 Das Doppelspaltexperiment Was ist das Doppelspaltexperiment? Was passiert beim Doppelspaltversuch mit Licht? Wie lässt sich das Streifenmuster erklären? Ist Licht also doch eine Welle? 33 34 35 38 41 5 Das Doppelspaltexperiment mit Elektronen Kann das Doppelspaltexperiment auch mit Elektronen durchgeführt werden? Was passiert beim Doppelspaltexperiment mit Elektronen? Könnte man sich das Streifenmuster nicht auch anders erklären? Muss das Elektron nun doch als Welle angesehen werden? Welche Schlüsse muss man aus dem Ausgang des Experiments ziehen? 43 6 7 8 44 44 47 48 50 Der Compton-Effekt Was versteht man unter dem Compton-Effekt? Wie lässt sich die Wellenlängenänderung berechnen? Warum tritt der Compton-Effekt nicht bei sichtbarem Licht auf? . Ist der Compton-Effekt nur mit einem Teilchenmodell beschreibbar? 51 52 53 58 Die Heisenbergsche Unschärferelation Was besagt die Heisenbergsche Unschärferelation? Wie kann man sich die Unschärferelation praktisch vorstellen? . . Ließe sich das Interferenzmuster ebenfalls durch die Unschärferelation erklären? Was lässt sich aus dem Ausgang der Experimente schließen? . . . . Ist das Doppelspaltexperiment auch mit anderen Teilchen durchführbar? Was ist das Elektron jetzt eigentlich wirklich: Welle oder Teilchen? 61 62 64 Der Kollaps der Wellenfunktion Wo liegt überhaupt der Widerspruch zwischen dem Wellen- und dem Teilchenmodell? Was genau bedeutet der Begriff Welle-Teilchen-Dualismus? Wie wird aus der Elektronen-Welle ein Teilchen auf dem Projektionsschirm? Was geschieht mit dem Rest der Elektronen-Welle? 73 59 64 67 69 70 74 76 77 78 Wie steht es um Gleichzeitigkeit und instantane Informationsübertragung? Wodurch wird der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst? 9 79 82 Die Bohr-Einstein-Debatte Wie kam es zur Bohr-Einstein-Debatte? Was ist denn „Zufall" physikalisch gesehen überhaupt? Wie lautete Einsteins Kritik? Welche Experimente diskutierten Bohr und Einstein? Welche experimentellen Fakten lagen den Diskussionen zu Grunde? Wie lautete Bohrs Entgegnung? Welche Schlussfolgerungen kann man aus der Bohr-Einstein-Debatte ziehen? 100 10 Das Bohrsche Atommodell Welche Atommodelle gab es? Welche Makel besitzt das Planetenmodell Rutherfords? Wie löst das Bohrsche Atommodell diese Diskrepanzen? Was ist der Bohrsche Radius? Welche Werte besitzen die Energieniveaus in der Atomhülle? . . . . Wie geschieht die Absorption bzw. Emission von Photonen? Ist das Bohrsche Atommodell als „richtig" anzusehen? 103 104 106 107 110 112 113 115 11 Die Schrödinger-Gleichung Was ist der Unterschied zwischen der Matrizen- und der Wellenmechanik? Welche Bedeutung kommt der Wellenfunktion zu? Wie leitet sich die Schrödinger-Gleichung her? Was berechnet man mit der Schrödinger-Gleichung? Welche Auswirkung hatte die Schrödinger-Gleichung auf das Atommodell? 117 Schrödingers Katze Worum handelt es sich bei Schrödingers Katze? Wie ist das Gedankenexperiment um Schrödingers Katze aufgebaut? Wo liegt die Paradoxie beim Gedankenexperiment um Schrödingers Katze? 131 132 12 87 88 90 91 94 97 97 118 120 122 126 128 134 135 Wie stellt man den überlagerten Zustand eines Teilchens quantenmechanisch dar? In welchem Zustand befindet sich die Katze? 136 139 13 Die Interpretation des quantenmechanischen Formalismus Wie lautet die Lösung des Schrödingerschen Katzenparadoxons?. Was besagt die Kopenhagener Deutung? Was besagt die Viele-Welten-Interpretation? Was besagt die Theorie der Dekohärenz? Welche Interpretation entspricht der „Realität"? 141 142 143 146 150 157 14 Das EPR-Paradoxon Was ist das EPR-Paradoxon und woher kommt es? Wie sieht der gedankliche Versuchsaufbau des EPR-Experiments aus? Ist also doch kein Paradigmenwechsel durch die Quantenmechanik nötig? Ist die Quantenmechanik tatsächlich unvollständig? Quantenmechanik oder Theorien verborgener Variabler? Schließt die Quantenmechanik verborgene Variable prinzipiell aus? Wie gestaltet sich die Bohmsche Mechanik? 159 160 15 16 162 165 166 167 169 170 Die Bellsche Ungleichung Ist eine experimentelle Entscheidung über verborgene Variablen möglich? Was ist der Spin eines Teilchens? Spinmessung nach Theorien verborgener Variabler oder Quantenmechanik? Wie gestaltet sich der Aufbau des Bohmschen EPR-Experiments? Wie lauten die Voraussagen der Theorien verborgener Variabler? Wie geschieht die experimentelle Überprüfung der Voraussagen? 173 177 180 182 186 Die modernen Anwendungen der Quantenphysik Wie wird die Quantenphysik praktisch angewendet? Was ist Quanteninformation? Was ist Quanten-Teleportation? Was sind Quanten-Computer? Was ist Quanten-Kryptographie? 189 190 190 192 198 201 174 175 17 Quantengravitation Wozu brauchen wir eine Quantengravitation? Gibt es eine Lösung für den Theorien-Konflikt? Was besagt die Stringtheorie? Was besagt die Loop-Quantengravitation? Bestehen zwischen den Quantengravitationstheorien auch Gemeinsamkeiten? Ist Quantengravitation noch Physik oder schon Philosophie?.... 209 210 212 213 215 216 219 Nachwort 221 Glossar 225 Weiterführende Literatur 231 Sach- und Namenverzeichnis 241
