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Würzburger Quantenphysik-
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© H. Hübel Würzburg 2005-2014

Was ist das Besondere des didaktischen

"Würzburger Quantenphysik-Konzepts" ?

Übersicht über das Lernsystem Würzburger Quantenphysik-Konzept

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Würzburger Quantenphysik-Konzept

dagegen

Teilchenbegriff der Quantentheorie:   Quanten-Teilchen / Quanten-Objekte sind abzählbare Objekte der Mikrophysik, die im Experiment als ungeteiltes Ganzes auftreten. Sie sind Träger einiger unveränderlicher Eigenschaften wie Masse (Ruhemasse, evtl. 0), elektrische Ladung, Spin, ... . Ort und Geschwindigkeit z.B. gehören nicht zu diesen Eigenschaften. keine Diskussion von "Wellen- oder Teilchencharakter": es gibt keinen Welle-Teilchen-Dualismus im ursprünglichen Sinn (Vgl. Der so genannte "Welle-Teilchen-Dualismus" - ein überholtes historisches Konzept)
Eine Eigenschaft eines Quantenobjekts ist ohne eine Messung i.A. un-be-stimmt. Nach einer Messung ist die Eigenschaft be-stimmt, solange das System nicht verändert wird. (im Idealfall, wenn z.B. die Messung das QO nicht grundlegend verändert, z.B. absorbiert wird)

Un-be-stimmtheit und Komplementarität sind die zentralen Begriffe dieses Konzepts.

keine kausale Erklärung der Un-be-stimmtheit, z.B. durch klassische Modelle wie "Photonenstöße" oder "Elektronenbeleuchtung" oder Wechselwirkung mit den Atomen eines Beugungsgitters
Quantenteilchen haben nicht alle klassisch denkbaren Eigenschaften zugleich kein Zusammenhang dieses Faktums mit "Wellen- oder Teilchencharakter"
Jede klassisch denkbare Eigenschaft eines Quantenobjekts liefert bei einer Messung eindeutige (be-stimmte) Messwerte (keine "Unschärfe" von Messungen, sondern "Un-be-stimmtheit"!)
Einerseits objektiver Zufall mit objektiven Wahrscheinlichkeiten - andererseits gesetzmäßiges Verhalten von Wahrscheinlichkeiten obwohl Wahrscheinlichkeiten durch Wellenfunktionen berechnet werden können, kein zwingender Zusammenhang mit "Wellencharakter"; es gibt ja andere Verfahren zur Berechnung von Wahrscheinlichkeiten, die ohne expliziten Gebrauch von Wellenfunktionen auskommen.
Paare von klassisch denkbaren Eigenschaften, die ein Quantenobjekt nicht gleichzeitig haben kann, sind komplementär. Für die Streuung möglicher Messwerte von komplementären Eigenschaften gilt eine Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation (HUR). keine Beschränkung auf Ort/Impuls; keine kausale Erklärung der HUR, denn diese ist eine direkte Folge der Komplementarität (und nicht einer klassischen "Störung")
Quanteneffekt: gebundene Systeme können diskrete Eigenwerte haben zwar Analogie zu klassischen Systemen (Eigenfrequenzen), aber Betonung des eigenen Quantenphänomens;

stabile Lagen einer klassischen Potenzialkurve haben nichts mit diskreten Energiewerten eines Quantenobjekts zu tun

Einige Wege von Quantensystemen zu klassischen Systemen kann man heutzutage verstehen: Manipulationen an der deBroglie-Wellenlänge; kohärente Zustände (mit un-be-stimmter Teilchenzahl); Dekohärenz

Durch Dekohärenz kann eine Eigenschaft eines Quantensystems von un-be-stimmt zu ungewiss übergehen. Diese moderne Erkenntnis ergänzt die altbekannte Deutung von Schrödingers Katzenparadoxon und bestätigt sie.

nicht nur eine Frage einer kleinen deBroglie-Wellenlänge
In der Quantenphysik kommen auch Wellen im dreidimensionalen Ortsraum (Anschauungsraum) vor: z.B. klassische elektromagnetische Wellen als Folge kohärenter Zustände (die nur qualitativ angesprochen werden). keine Verwechslung von Wellenfunktionen im abstrakten Konfigurationsraum (der im Spezialfall auch dreidimensional sein kann, aber häufig höherdimensional ist) mit klassischen Wellen im dreidimensionalen Ortsraum.

Der "Geburtsfehler der herkömmlichen Didaktik der Quantenphysik", nach dem suggiert wird, bei den Wellenfunktionen handle es sich um Wellen im Anschauungsraum, wird vermieden.

("herkömmlich": bis ca. 2004 üblich)

Bei einem Doppelspalt  z.B. besitzt ein Quantenteilchen ohne eine Messung keinen Durchtrittsort (es ist physikalisch sinnlos, von einem solchen zu sprechen) keine Diskussion von vermeintlichen Durchtrittsorten nach Schemata wie "entweder - oder" bzw. "gleichzeitig" oder "Interferenz mit sich selbst"
Interferenz ist die Folge von nicht unterschiedenen klassisch denkbaren Möglichkeiten

Interferenz schließt klassische Teilchen aus (und lässt Quantenteilchen zu: Einteilchen-Interferenz im Unterschied zur Welleninterferenz)

("nicht unterschiedenen" und nicht "nicht unterscheidbaren")

keine Behauptung, dass Interferenz in jedem Fall ein Wellenphänomen sei (Interferenz entscheidet nicht für einen vermeintlichen "Wellencharakter")
Ermöglicht wird Interferenz durch mehr als eine nicht entschiedene klassisch denkbare Möglichkeit, z.B. beim Doppelspalt;

aber über Interferenz wird nicht beim Durchtritt durch den Doppelspalt entschieden; eine "verzögerte Entscheidung", ob ein Interferenzexperiment durchgeführt werden soll, ist auch später noch möglich

keine Behauptung, dass Interferenz etwas mit dem Durchtrittsort zu tun habe
Welcher-Weg-Information (WWI; Durchtrittsort) und Interferenz sind komplementär. kein Zusammenhang der Interferenz von Quantenteilchen mit einem vermeintlichen "Wellencharakter"

keine irreführenden Aussagen der Art , dass ein "Teilchencharakter" für den Nachweis von Teilchen zuständig sein und ein "Wellencharakter" für deren "Ausbreitung".

Nichtlokalität als Spezialfall von  klassisch denkbaren Eigenschaften, die ein Quantenobjekt ohne eine Messung nicht besitzt

Insbesondere in Zweiteilchen-Zuständen (verschränkten Zuständen) kann zwar die Teilchenzahl 2 eine Eigenschaft des Systems sein. Aber die zwei Teilchen haben i.A. keine individuellen Eigenschaften.

bei einem Zweiteilchen-System (z.B. Photonenzwilling; verschränkter Zustand) kein Suggerieren von gleichzeitig existenten Einteilchen-Eigenschaften, wie z.B. Orten; kein Suggerieren einer vermeintlichen "Fernwirkung" bei einer Messung von Einteilchen-Eigenschaften (Deutung des EPR-Paradoxons)

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(aktualisiert Oktober 2013)