Quantenmechanik – eine Einführung zur Einführung

Hallo und einen schönen guten Abend,
irgendwann vor einigen Wochen kam ich mir der verrückte Gedanke, daß ich immer schon mal eine wirklich verständliche Einführung in die Quantenmechanik schreiben wollte. Warum? Erstens, weil ich so etwas ähnliches mal studiert habe (genauer: Theoretische Chemie). Zweitens, weil ich Erklärbär aus Leidenschaft bin. Ja und dann hab ich auf Twitter rum gesponnen, daß so etwas ja wohl niemanden interessieren würde. Da gabs dann doch ein paar Leute, die sich für dieses Thema zu interessieren schienen. Also: here we go!
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Als nächstes war dann die Frage interessant, wie ich die Formeln und Bilder in den Text einbaue. Die erste Idee war, ein Plugin zu schreiben, welches LaTeX Formeln on the fly in Bilder setzen kann. So etwas gibts als fertiges Plugin für WordPress, da hätte man sich was für ExpressionEngine abschauen können. Aber ehrlich gesagt, gibt es nichts schöneres, als eine Formel mit der Hand auf Papier zu kritzeln. Und für das iPad gibt es eine sehr coole Software namens Paper von 53 Inc. Dieser Artikel hier dient also erstens der Einführung in die Einführung und zweitens dazu, mal zu schauen, ob das mit den Formeln so geht:
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An meine Leser stelle ich nach Möglichkeit keine allzu großen Vorbedingungen bzw. Anforderungen. Man sollte ein gesundes Schulwissen in klassischer Physik mitbringen und mittelmäßige Mathematikkenntnisse. Namentlich Integralrechnung und E-Funktionen sollten nicht unbekannt sein. Und man sollte keine Angst vor griechischen Buchstaben haben. Sollten wir bis zur Heisenberg’schen Mechanik kommen, werde ich noch einmal kurz die Matrizenrechnung erklären. Schau’n wir mal …

Überblick

Wer die Quantenmechanik (ich kürze das jetzt mal mit QM ab) einem Leserkreis erklären möchte, der bisher nicht damit in Berührung gekommen ist, hat ein nicht unbeträchtliches Problem: die QM ist quasi ein hermetisches Arbeitsgebiet, das heißt, wenn man versucht, ein Thema zu erklären, benutzt man dazu andere Begriffe und Konzepte aus diesem Gebiet, die der Leser aber noch nicht kennt. Als Leser muß man also hier und da akzeptieren, daß man nicht alle benutzten Begriffe auf Anhieb versteht. Erst mit einem gewissen Überblick erschließt sich die Eleganz und fast schon Schönheit der Konzepte.
Die verdaulichste Art der Einführung besteht darin, die historische Herleitung der QM zu nutzen, um Schritt für Schritt die Konzepte so einzuführen, wie sie Anfang des 20. Jahrhunderts gefunden wurden. Die QM ist übrigens auch ein schönes Beispiel für die von Thomas S: Kuhn postulierte Struktur wissenschaftlicher Revolutionen: es bewegt sich in der Wissenschaft relativ wenig, bis die Experimentalwissenschaftler immer mehr Versuche finden, die im Widerspruch zur bisher geltenden Theorie auf einem Gebiet stehen. Irgendwann müssen die Fachleute dann zugeben, daß ihre alte Theorie nicht alles erklären kann. Man fängt an, an manchen Formeln Korrekturfaktoren und Erweiterungen einzubasteln. Das geht noch eine Zeit gut, aber irgendwann reicht auch das nicht mehr. Bis dahin hat sich dann eine Art Faktenwelle angesammelt, die zu einem revolutionsartigen Umbruch und einer komplett neuen Theorie führt. So ist es damals bei der QM gewesen. Diesen Weg von den historischen Experimenten zu den modernen Theorien möchte ich mit euch gehen. Viel Spaß!

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