Horst Hübel, Einstieg Atomphysik, Books on Demand, Norderstedt, ISBN 978-3-7460-6838-1
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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) |
| Es gibt andere Quantenobjekte: Zu
den Quantenobjekten mit be-stimmter Teilchenzahl gehören
verschränkte Systeme aus 2, 3, ... Quantenteilchen. Verschränkte
Systeme aus 2 Quantenteilchen heißen auch Teilchenzwillinge. Verschränkte Systeme genügen einer "Geburtsurkunde" und dem "Dreiklang" (beides keine offiziellen Begriffe). |
kein Rätseln, wie in einem (verschränkten) Teilchenzwilling die beitragenden Teilchen trotz beobachteter Korrelationen zur "Fernwirkungslosigkeit" fähig sind |
| Zu den Quantenobjekten mit un-bestimmter Teilchenzahl gehören kohärente Zustände. Kohärente Photonenzustände kommen einer klassischen elektromagnetischen Welle sehr nahe. Bei großer mittlerer Teilchenzahl sind Unterschiede kaum bemerkbar. | kein zusammenhangloses Nebeneinanderstellen von klassischen elektromagnetischen Wellen und quantenmechanischen Photonen |
| Eine Eigenschaft eines Quantenobjekts ist ohne eine Messung i.A. un-bestimmt.
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, indem es 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 wie allgemein Quantenobjekte haben nicht alle
klassisch denkbaren Eigenschaften
zugleich. Insbesondere sind verschränkte Systeme nach Audretsch ein "Stoff fast ohne Eigenschaften". |
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 suggeriert 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", wie manchmal formuliert wird) |
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 u.U. 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 (siehe "Dreiklang"). |
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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Im Januar 2018 ist als
Druck- und als E-Book-Variante erschienen:
Horst Hübel, Einstieg Atomphysik, Books on Demand, Norderstedt, ISBN 978-3-7460-6838-1 Sie erhalten Buch oder E-Book direkt beim Verlag: https://www.bod.de/buchshop oder bei anderen Online-Händlern. Mehr erfahren Sie hier ... |
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Quantenphysik
- Erstkontakt Ein Textvorschlag für die Mittelstufe des Gymnasiums Books on Demand, Norderstedt, 2015, ISBN 978-3-7347-5992-5 |
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Grundlagen
der Quantenphysik - Das Schülerbuch
Ein Textvorschlag für die Oberstufe
des Gymnasiums
von Horst Hübel, BoD Norderstedt, 2011, ISBN 9783842347489, 92 Seiten, 11,90 Euro |
(aktualisiert Februar 2018)