Überblick über die Quantenphysik

Die Quantenphysik untersucht das Verhalten von Materie und Energie auf molekularer, atomarer, nuklearer und noch kleinerer mikroskopischer Ebene. Im frühen 20. Jahrhundert entdeckten Wissenschaftler, dass die Gesetze für makroskopische Objekte in so kleinen Bereichen nicht gleich funktionieren.

Was bedeutet Quantum??

"Quantum" kommt aus dem Lateinischen und bedeutet "wie viel". Es bezieht sich auf die diskreten Einheiten von Materie und Energie, die in der Quantenphysik vorhergesagt und beobachtet werden. Sogar Raum und Zeit, die extrem kontinuierlich zu sein scheinen, haben die kleinstmöglichen Werte.

Wer hat die Quantenmechanik entwickelt??

Als die Wissenschaftler die Technologie zur genaueren Messung erlangten, wurden merkwürdige Phänomene beobachtet. Die Geburtsstunde der Quantenphysik geht auf Max Plancks 1900 erschienene Arbeit über Schwarzkörperstrahlung zurück. Die Entwicklung des Feldes wurde von Max-Planck-, Albert-Einstein-, Niels-Bohr-, Richard-Feynman-, Werner-Heisenberg-, Erwin-Schroedinger- und anderen führenden Persönlichkeiten des Feldes durchgeführt. Ironischerweise hatte Albert Einstein ernsthafte theoretische Probleme mit der Quantenmechanik und versuchte jahrelang, sie zu widerlegen oder zu modifizieren.

Was ist das Besondere an der Quantenphysik??

In der Quantenphysik beeinflusst das Beobachten von etwas tatsächlich die ablaufenden physikalischen Prozesse. Lichtwellen verhalten sich wie Partikel und Partikel verhalten sich wie Wellen (Wave Particle Duality). Materie kann von einem Punkt zum anderen wandern, ohne sich durch den dazwischenliegenden Raum zu bewegen (Quantentunnel). Informationen bewegen sich sofort über weite Entfernungen. Tatsächlich entdecken wir in der Quantenmechanik, dass das gesamte Universum tatsächlich eine Reihe von Wahrscheinlichkeiten ist. Glücklicherweise bricht es beim Umgang mit großen Objekten zusammen, wie das Gedankenexperiment von Schrödinger's Cat zeigt.

Was ist Quantenverschränkung??

Eines der Schlüsselkonzepte ist die Quantenverschränkung, die eine Situation beschreibt, in der mehrere Partikel so verknüpft sind, dass die Messung des Quantenzustands eines Partikels auch die Messungen der anderen Partikel einschränkt. Dies wird am besten durch das EPR-Paradoxon veranschaulicht. Obwohl dies ursprünglich ein Gedankenexperiment war, wurde dies nun experimentell durch Tests von etwas bestätigt, das als Bells Theorem bekannt ist.

Quantenoptik

Die Quantenoptik ist ein Zweig der Quantenphysik, der sich hauptsächlich auf das Verhalten von Licht oder Photonen konzentriert. Auf der Ebene der Quantenoptik hat das Verhalten einzelner Photonen einen Einfluss auf das austretende Licht, im Gegensatz zur klassischen Optik, die von Sir Isaac Newton entwickelt wurde. Laser sind eine Anwendung, die aus dem Studium der Quantenoptik hervorgegangen ist.

Quantenelektrodynamik (QED)

Die Quantenelektrodynamik (QED) untersucht die Wechselwirkung von Elektronen und Photonen. Es wurde in den späten 1940er Jahren von Richard Feynman, Julian Schwinger, Sinitro Tomonage und anderen entwickelt. Die Vorhersagen von QED bezüglich der Streuung von Photonen und Elektronen sind auf elf Dezimalstellen genau.

Einheitliche Feldtheorie

Die Einheitliche Feldtheorie ist eine Sammlung von Forschungspfaden, die versuchen, die Quantenphysik mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie in Einklang zu bringen, häufig durch den Versuch, die fundamentalen Kräfte der Physik zu konsolidieren. Einige Arten von einheitlichen Theorien umfassen (mit einigen Überschneidungen):

• Quantengravitation
• Schleifenquantengravitation
• Stringtheorie / Superstringtheorie / M-Theorie
• Grand Unified Theory
• Supersymmetrie
• Theorie von allem

Andere Namen für die Quantenphysik

Die Quantenphysik wird manchmal als Quantenmechanik oder Quantenfeldtheorie bezeichnet. Es hat auch verschiedene Unterfelder, wie oben diskutiert, die manchmal austauschbar mit der Quantenphysik verwendet werden, obwohl die Quantenphysik eigentlich der breitere Begriff für alle diese Disziplinen ist.

Wichtigste Ergebnisse, Experimente und grundlegende Erklärungen

Früheste Entdeckungen

• Schwarzkörperstrahlung
• Photoelektrischer Effekt