Quantentheorie

Die Quantentheorie zählt zu den zentralen Pfeilern der modernen Physik. Sie wurde Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt und beschreibt das oftmals wundersame Verhalten von Quanten.

Anwendungen Auch wenn die Konzepte und Methoden der Quantentheorie in vielen Dingen dem gesunden Menschenverstand zuwider laufen, ohne die Ergebnisse und Anwendungen der Theorie wäre unsere heutige moderne Welt unvorstellbar: Ohne sie gäbe es keine Kernenergie, keinen Laser, weder Kernspintomographie, noch Mikrochips. Auch für einen webgestützten Lexikoneintrag zur Quantentheorie sähe es schlecht aus. Und mit der Entwicklung von Quantencomputern oder der Quantenverschlüsselung von Nachrichten scheint ein Ende revolutionärer Anwendungen nicht in Sicht.

Entwicklung der Quantentheorie Als Erster kam Max Planck im Jahr 1900 auf die Idee, dass die Energie von Licht nur in Portionen aufgenommen und abgegeben werden kann (vgl. Hohlraumstrahlung). 1905 ging Albert Einstein noch einen Schritt weiter, als er bei der Erklärung des Photoeffekts behauptete, dass Licht sogar aus Lichtpaketen, den Photonen, besteht. Im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts legten dann Forscher wie Niels Bohr, Paul Dirac, Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger die mathematischen Fundamente der Quantentheorie.

Quantensprünge Der Quantentheorie zufolge geht es im Mikrokosmos recht sprunghaft zu: So kann ein Elektron, das sich um einen Atomkern bewegt, nicht beliebige Energien besitzen und muss daher springen, um von einem Energiezustand zu einen anderen zu gelangen. Auch kann sich die Energie eines elektromagnetischen Feldes nicht um beliebige Werte ändern: Energie kann nur in kleinen Portionen (Photonen) aufgenommen oder abgegeben werden.

Quantenmessung In der Quantentheorie spielt die Messung von Eigenschaften ein zentrale Rolle: Viele Eigenschaften von Quanten werden erst durch eine Messung festgelegt. Davor liefert die Theorie nur Wahrscheinlichkeitsaussagen. Insbesondere gibt es Fälle, in denen es Wahrscheinlichkeiten für vollkommen unterschiedliche Messergebnisse gibt. Dann könnte ein Quant beispielsweise entweder in Hamburg oder auch in Rom geortet werden. Dies ist eng verknüpft mit dem quantentheoretischen Welle-Teilchen-Dualismus, nach dem Quanten zwar als Teilchen gemessen werden können, die Ausbreitung in der Quantentheorie jedoch mit Hilfe von Wellen beschrieben wird.