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[quote="TomS"][quote="377 Ohm"]Ich finde, man sollte es nicht unnötig kompliziert machen. Dass ein Radon-221 Kern seine Kernladungszahl schlagartig von 86 zu 84 oder 87 ändern kann, halte ich für eine empirisch begründete und für den Unterricht völlig ausreichende Beschreibung. [/quote] Und ich halte das für falsch. Der quantenmechanische Formalismus [b]sagt uns explizit etwas anderes[/b] - sei's beim radioaktiven Zerfall, bei der Emission von Photonen .... Was man empirisch sieht, ist [b]nicht[/b] der Zerfallsprozess, sondern ein [b]Detektorsignal[/b]. Den Zerfallsprozess vor der Messung hat noch niemand gemessen, er ist empirisch unzugänglich; das gilt für einen deterministisch / kontinuierlichen oder einen stochastisch / sprunghafte Zerfallsprozess. Mathematisch ist er zugänglich und liefert die [b]Superposition[/b]. Nun kann man schlecht in der Quantenmechanik beginnen, korrekt zu argumentieren, um in der Kernphysik, dann wieder ein klassischen Kügelchen-Modell zu diskutieren. Also muss man sich wohl oder übel mit Superpositionen auseinandersetzen. [quote="377 Ohm"]Von einer "Überlagerung" und einer von der zeitabhängigen Schrödingergleichung diktierten kontinuierlichen Entwicklung zu sprechen ist grobe Irreführung. [/quote] Bitte? Dann ist alles seit Schrödinger also falsch? [quote="377 Ohm"]Die Quanten(feld)theorie ist mehr als die zeitabhängige Schrödingergleichung. [/quote] Sie ist im Kern und ihren quantitativen Aussagen zunächst genau das. Dyson-Reihen, Feynman-Integrale, ... Fermi's goldene Regel ... Berechnung von Kern- und Hadronmassenspektren und Formfaktoren ... das alles startet mit einer Schrödingergleichung bzw. äquivalent der Zeitentwicklung U(t) = exp(-iHt) oder ggf. der stationären Schrödingergleichung. [quote="377 Ohm"]Wie kann kontinuierliche (und sogar deterministische) Entwicklung im Einklang stehen mit der Sprunghaftigkeit und Zufälligkeit, die wir in der Wirklichkeit beobachten? [/quote] Das ist natürlich im Kern die offene Frage des Messproblems. Aber wir beobachten keine Sprunghaftigkeit. Wir sehen keinen Zerfall, wir messen nur die Detektorsignale, Spuren in der Nebelkammer ... ausgelöst durch Zerfallsprodukte. Dass es von der Schrödingergeichung zur Messung ein weiter Weg mit offenen Fragen ist, ist klar. Aber der Ausgangspunkt ist unbestrittenermaßen die Schrödingergleichung. [quote="377 Ohm"]Viele Theoretiker scheinen aber die Wellenfunktion für wirklicher zu halten als die Wirklichkeit. [/quote] Die Wellenfunktion ist nicht gleichzusetzen mit der Wirklichkeit, aber sie ist ein unverzichtbares Werkzeug zur Berechnung wirklicher Phänomene und quantitativer Vorhersagen. [quote="377 Ohm"] Für mich ist Quanten(feld)theorie eine [i]stochastische[/i] Theorie, und die Schrödingergleichung nur ein Teil davon.[/quote] Das ist letztlich die Aussage der orthodoxen Interpretation der Quantenmechanik Nun stellt sich natürlich didaktisch die Frage, wie man den Bogen spannt von QM / QFT / Superposition hin zu einer Erklärung im Rahmen der Physik am Gymnasium. Superpositionen unter den Teppich zu kehren halte ich für didaktisch falsch, deine Erklärungen dazu habe ich oben kritisiert. Wir benötigen sicher beides – lineare, deterministische Zeitentwicklung [b]und[/b] stochastisches Verhalten. Wenn wir diese Fragen heute nicht beantworten können, dann ist die einzige [b]ehrliche und redliche Antwort[/b] im Unterricht doch genau das: es gibt da noch eine Erklärungslücke, aber diese kann ich nicht mal benennen, ohne von Superpositionen zu sprechen. [quote="377 Ohm"]Die zahllosen Interpretationen der Quanten"mechanik" entspringen dem verzweifelten Versuch, die von der zeitabhängigen Schrödingergleichung suggerierte kontinuierliche Entwicklung mit dem, was in der realen Welt passiert, in Einklang zu bringen. [/quote] Das ist kein verzweifelter Versuch sondern ein [b]notwendiges Unterfangen[/b]. Wir kennen heute keine Alternativen zur QM / QFT und damit zur Schrödingergleichung bzw. äquivalenten Formulierungen, die auch nur ein einziges vernünftiges Messergebnis für Atome, Kerne usw. korrekt vorhersagen; nichts. Also ist die Schrödingergleichung so lange essentieller Bestandteil der Theorie [b]und der Lehre[/b], bis man eine tragfähige Alternative ohne sie gefunden hat. Ein Rückfall auf die Ebene von Kügelchen, ohne zu thematisieren, dass diese Vorstellung falsch ist, ist sicher auch keine didaktisch sinnvolle Alternative.[/quote]
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TomS
Verfasst am: 12. Mai 2026 22:29
Titel:
Nur_ein_Gast hat Folgendes geschrieben:
… aber ich habe meine Zweifel, dass sich (aktuell) alles in der Physik vernünftig visualisieren lässt … Auch Feynman hat doch nur bei einfachen Fällen (wie Licht mit Spiegeln) wirklich anschauliche Bilder "erarbeiten" können. Oder übersehe ich da etwas?
Nein, du übersiehst nichts.
Ich sprach aber auch nur davon, dass diese Probleme im Rahmen der QFT
lösbar
sind, damit meinte ich mathematisch lösbar, nicht visualisierbar. In der QM und insbs. der QFT sind Bilder manchmal nützlich aber oft auch irreführend bis falsch, d.h. man muss sich sehr genau überlegen, ob und wie man sie einsetzt (gewisse Aspekte eines in einem Atom gebundenen Elektrons kann man sich anhand einer Wolke vorstellen; aber nicht alle Eigenschaften einer Wolke treffen auf das Elektron zu).
Nur_ein_Gast
Verfasst am: 12. Mai 2026 20:08
Titel:
Das Thema ist interessant, aber ich habe meine Zweifel, dass sich (aktuell) alles in der Physik vernünftig visualisieren lässt. Vielleicht wenn man alles verstanden hat, aber momentan kann ich mir das nicht bei allen Themen vorstellen. Wie würdet ihr die unendlichen Wege im Pfadintegral visuell vorstellen? Auch Feynman hat doch nur bei einfachen Fällen (wie Licht mit Spiegeln) wirklich anschauliche Bilder "erarbeiten" können. Oder übersehe ich da etwas?
TomS
Verfasst am: 08. Mai 2026 20:55
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Also zunächst mal nehme ich
nicht
an – auch nicht implizit – dass ich die Wellenfunktion richtig interpretieren würde; ich stelle lediglich fest, dass der quantenmechanische Formalismus uns explizit etwas anderes sagt, als das, was du behauptest
Auch wenn Du es nicht zugibst: zumindest implizit nimmst Du an, dass der existierende mathematische Apparat die
einzig mögliche
Beschreibung des Mikrokosmos liefert.
Ich gehe bei meiner Argumentation
im Rahmen
des bekannten mathematischen Apparats von QM / QFT davon aus, dass dieser
heute
alternativlos ist, und er demnach den einzigen validen Ausgangspunkt für didaktisch angemessen aufbereitete Lerninhalte darstellt. Welche Alternativen sollte man sonst vermitteln wollen?
Das hat aber noch nichts mit Interpretationen des Formalismus zu tun, da gibt es ein weites Feld von instrumentalistisch / ohne Realitätsanspruch, d.h. im wesentlichen minimal stochastisch, bis hin zu ontisch und u.a. den Vielen Welten. Ersteres würde ich für den Physikunterricht ins Zentrum stellen, einfach weil es empirisch bestätigt ist, jedoch deutlich auf die "ontische Unfertigkeit" hinweisen. Was ich ablehnen würde sind ontische Interpretationen vermischt mit einem ad hoc Kollaps, das wird zwar immer wieder erzählt, ist jedoch hoffnungslos inkonsistent.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Andernfalls fehlte Deinen physikalischen Schlussfolgerungen aus der mathematischen Struktur die logische Grundlage.
Natürlich.
Aber welche andere Grundlage erlaubt denn valide physikalische Schlussfolgerungen? Für den Physikunterricht am Gymnasium?
Vermutlich wird die Quantenmechanik irgendwann einmal den Status einnehmen, wie er heute der Newtonschen Gravitationstheorie, der Hydrodynamik usw. zukommt. Aber weder ist das absehbar, noch wird damit die gesamte QM falsch.
Zitat:
Insoweit sich unsere Aussagen auf die Wirklichkeit beziehen, sind sie nicht sicher. Und insoweit sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Wirklichkeit.
Ja.
Ich habe aber nie über absolute Sicherheit gesprochen, jedoch über die einzige heute sinnvolle Basis, trotz bzw. inklusive einiger zentraler offener Fragen.
Persönlich bin ich der Meinung, dass die wesentlichen Probleme im Rahmen der QFT prinzipiell lösbar sind. Es ist aber noch nicht an der Zeit, das hier auszuführen.
377 Ohm
Verfasst am: 08. Mai 2026 17:33
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Also zunächst mal nehme ich
nicht
an – auch nicht implizit – dass ich die Wellenfunktion richtig interpretieren würde; ich stelle lediglich fest, dass der quantenmechanische Formalismus uns explizit etwas anderes sagt, als das, was du behauptest
Auch wenn Du es nicht zugibst: zumindest implizit nimmst Du an, dass der existierende mathematische Apparat die
einzig mögliche
Beschreibung des Mikrokosmos liefert. Andernfalls fehlte Deinen physikalischen Schlussfolgerungen aus der mathematischen Struktur die logische Grundlage.
Zitat:
Insoweit sich unsere Aussagen auf die Wirklichkeit beziehen, sind sie nicht sicher. Und insoweit sie sicher sind, beziehen sie sich nicht auf die Wirklichkeit.
TomS
Verfasst am: 08. Mai 2026 06:30
Titel:
@ 377 Ohm
–
Also zunächst mal nehme ich
nicht
an – auch nicht implizit – dass ich die Wellenfunktion richtig interpretieren würde; ich stelle lediglich fest, dass der quantenmechanische Formalismus uns explizit etwas anderes sagt, als das, was du behauptest, nämlich
Zitat:
… dass ein Radon-221 Kern seine Kernladungszahl
schlagartig
von 86 zu 84 oder 87 ändern kann, halte ich für eine empirisch begründete … Beschreibung.
Der quantenmechanische Formalismus sagt stattdessen, dass keine schlagartige Änderung erfolgt, sondern dass
mathematisch
eine
sich kontinuierlich verändernde
Superposition vorliegt. Und ja, das ist ein Problem, denn
empirisch
beobachten wir diese Superpositionen nicht.
Was ich an deiner Aussage eigentlich kritisiere ist, dass diese schlagartige Änderung der Kernladungszahl
Zitat:
… eine
empirisch begründete
… Beschreibung …
sei.
Empirisch begründet ist, dass wir z.B. im Massenspektrometer immer nur einen Kern genau eines Tochterisotop messen, keine Superposition. Aber wie der Zerfall an sich stattfindet, ist unbeobachtbar. Noch niemand hat den Zerfallsprozess eines Atomkerns tatsächlich beobachtet (und wenn man dies jemals durchführen könnte, wäre es ein anderer Prozess als eine unbeobachteter Zerfall).
D.h. empirisch können wir ausschließen, dass sich im Detektor eine derartige Superposition tatsächlich realisiert. Aber wir können empirisch sicher
nichts
über den Zerfallsprozess an sich sagen.
Zitat:
… vor der Messung hat noch keine Messung stattgefunden. So weit, so trivial.
Nun, offensichtlich muss man eben doch darauf hinweisen.
Und nein
Zitat:
Mit der "mathematischen Zugänglichkeit" vermischst Du diese Wirklichkeit mit einer mathematischen Ideenwelt. Damit wird der für die Physik zentrale Begriff der Wirklichkeit eigentlich entwertet.
Im Gegenteil, ich rede einerseits vom
mathematischen
Formalismus (Schrödingergleichung, Superposition …) und andererseits von
empirischen
Tatsachen (Detektorsignalen, Nebelkammerspuren …). Ich trenne das sprachlich sauber, lege jedoch Wert darauf, dass beides notwendig ist.
Mott hat übrigens schon vor 1930 mittels des quantenmechanischen Formalismus das Auftreten dieser Nebelkammerspuren berechnet; der Formalismus inklusive der Superpositionen liefert das empirisch bestätigte Ergebnis, dass es diese Spuren gibt; er liefert nicht, welche einzelne der unendlich vielen möglichen Spuren tatsächlich realisiert wird. D.h. dass – entgegen des Bohrschen Dogmas – der Messprozess zumindest in Teilen mittels des Formalismus analysiert werden kann.
Dass
Zitat:
… die meisten Physiker … wohl die "naive" Ansicht teilen, dass das radioaktive Atom entweder noch vorhanden ist, oder sich in den Tochterkern verwandelt hat …
ist eigtl. irrelevant. Erstens ist es eine Vermutung, dass die meisten so denken, und zweitens löst diese Meinung das Problem nicht, wie man von der unbestrittenen Notwendigkeit des Formalismus inkl. Superposition zu eindeutigen Detektorsignalen etc. gelangt.
Ich will hier nicht behaupten, eine Lösung vorlegen zu können. Ich bin nur der Meinung, dass das, was du hier an einfachen Botschaften für den Unterricht vorschlägst, zu stark simplifiziert ist und wesentlichen Erkenntnissen widerspricht. Die Superpositionen sind integraler Bestandteil des Gesamtbildes, man darf sie nicht ignorieren. Wie man das didaktisch verpackt ist eine ganz andere und sicher nicht einfach zu beantwortende Frage. Aber der Ausgangspunkt für die didaktische Aufbereitung sollten keine naive Ansichten sein, die das Problem ignorieren statt es zu benennen.
Jakito
Verfasst am: 07. Mai 2026 23:24
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Nun ja, vor der Messung hat noch keine Messung stattgefunden. So weit, so trivial. Aber wozu wird in der Physik überhaupt gemessen? Um etwas über die Wirklichkeit herauszufinden.
Wobei John Bell vielleicht schon recht hatte, dass das Wort "Messung" unglücklich ist.
Denn ersten wird im Labor ja nicht nur gemessen, sondern auch das physikalische System zuerst mal geeignet präpariert. Dies geschieht durch hinreichend gute Abschirmung von der Umgebung, und dann durch hinreichend langes Warten.
Und Messen verläuft gar nicht so unähnlich zum Präparieren: Man stellt einen geeigneten stabilen Kontext für eine hinreichend lange Zeit bereit, der die Beobachtung der relevanten Informationen erlaubt.
Der Knackpunkt ist vermutlich die "hinreichend lange Zeit", weil dies die klassische Vorstellung von eindeutigen Eigenschaften zu jedem infinitesimal genau bestimmten Zeitpunk "nicht erzwingt". Natürlich gibt es auch Experimente, die genau bestimmte Zeitpunkte "bereitstellen", aber für die klassische Vorstellung vom Kontinuum sind diese isolierten Zeitpunkte immer noch "zu wenig".
Die Quantenmechanik entzieht irgendwie dem klassischen Kontinuums-Modellen den Anspruch auf universelle Gültigkeit. Wenn man aber glaubt, dass dann halt diskrete Modelle das letzte Wort sein müssen, wird man leider auch nicht glücklich.
377 Ohm
Verfasst am: 07. Mai 2026 21:32
Titel:
TomS hat Folgendes geschrieben:
Der quantenmechanische Formalismus
sagt uns explizit etwas anderes
Explizit
sagt er gar nichts. Du nimmst einfach an, dass Du die Wellenfunktion richtig interpretierst. Aber die Interpretation ist doch offensichtlich umstritten.
Wenn man die zeitabhängige Schrödingergleichung wie eine göttliche Offenbarung betrachtet, dann muss einem natürlich das, was normale Sterbliche für real halten, als hoffnungslos naiv und fehlerbehaftet vorkommen.
Zitat:
Den Zerfallsprozess vor der Messung hat noch niemand gemessen, er ist empirisch unzugänglich; das gilt für einen deterministisch / kontinuierlichen oder einen stochastisch / sprunghafte Zerfallsprozess. Mathematisch ist er zugänglich und liefert die
Superposition
.
Nun ja, vor der Messung hat noch keine Messung stattgefunden. So weit, so trivial. Aber wozu wird in der Physik überhaupt gemessen? Um etwas über die Wirklichkeit herauszufinden. Mit der "mathematischen Zugänglichkeit" vermischst Du diese Wirklichkeit mit einer mathematischen Ideenwelt. Damit wird der für die Physik zentrale Begriff der Wirklichkeit eigentlich entwertet. (Ganz extrem in der "Viele-Welten"-Interpretation, in der praktisch alles nicht nur möglich, sondern auch real ist.) Die meisten Physiker werden wohl die "naive" Ansicht teilen, dass das radioaktive Atom entweder noch vorhanden ist, oder sich in den Tochterkern verwandelt hat. Dass es sich "in Wirklichkeit" stundenlang in einem Schwebezustand dazwischen befindet, halte ich tatsächlich für eine Verirrung -- eine Behauptung ohne jeden empirischen Beleg. Die Wellenfunktion repräsentiert alle verschiedenen Möglichkeiten, der common sense sagt aber, dass es nur eine Wirklichkeit gibt.
377 Ohm
Verfasst am: 07. Mai 2026 21:10
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Die Forderung sich statt dessen nichts vorzustellen, erscheint mir total menschenfern.
Das sehe ich genauso. Intuition ist wesentlich und muss sich entwickeln können. Man kann nicht immer gleich die Dirac-Gleichung hinschreiben. Ich habe kein Problem damit, mir Protonen und Neutronen als kleine Kugeln vorzustellen. Es ist wichtig, die Grenzen solcher Bilder zu kennen, und alternative, komplementäre Bilder (Analogien) parat zu haben.
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Mein eigenes Bild davon im Kopf ist, dass jedes Nukleon eine "Staub"wolke bildet und der Kern eine Zusammenkunft von diesen vielen Staubwolken ist. Staub ist mit Staub überlagert.
Da steckt viel Unschärfe drin.
Ich bevorzuge ein "kraftvolleres" Bild: Teilchen, die in großer Nähe ungeheure Kräfte aufeinander ausüben. Ein Chemielehrer hat uns vor langer, langer Zeit in einem Spezialkurs mal aufgefordert, zu schätzen, wie stark sich die Natrium- und die Chlorid-Ionen aus einem Mol Kochsalz anziehen würden, wenn es gelänge, die 23g Natrium-Ionen an den Nordpol, und die 35g Chlorid-Ionen an den Südpol zu befördern. (Also das Coulombsche Gesetz anzuwenden mit Faraday-Konstante und Erddurchmesser als Input.) Das Ergebnis war erstaunlich, und noch erstaunlicher natürlich die Kräfte, die erforderlich wären, diese Ladungen beisammen zu halten! Und im Atomkern herrschen noch stärkere Kräfte. Die Nukleonen in einem Radon-Kern sind ständig in Bewegung (Unschärfe-Prinzip!) und durchdringen sich trillionenfach in jeder Sekunde. Im Vergleich dazu dauert es Äonen bis die Teilchen eine neue quasi-stationäre Konfiguration finden und einen Kern mit etwas kleinerer Energie bilden.
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Also ich habe kein Problem damit, zu sagen "ja, Du hast Recht, das ergibt hier keinen Sinn und ich habe leider keine bessere Erklärung parat".
Vielleicht entdeckt ja einer Ihrer Schüler die "natürliche" Interpretation der Quantentheorie. Und die Nachwelt wundert sich, warum es so lange gedauert hat. Bei Maxwells Elektrodynamik hat es auch Jahrzehnte gedauert bis die Theorie (und ihr Verhältnis zur Mechanik) wirklich verstanden war.
TomS
Verfasst am: 06. Mai 2026 22:44
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
... ich halte die Annahme, dass sich Leute wie Bohr, Feynmann, Einstein KEINE Bilder zu ihren Theorien gemacht hätten für unrealistisch. Denn es erhöht die Denkleistung in einer Disziplin drastisch, wenn die Gedanken dazu ausgestaltet werden. Nur weil man sich die Geometrien einer Quantenphysik vielleicht faktisch nicht komplett isomorph in Gedanken vorstellen kann, bedeutet das nicht, dass völlig egal ist, ob man sich zumindest Teilaspekte einer Struktur vorstellen kann.
Zustimmung.
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Also ich habe kein Problem damit, zu sagen "ja, Du hast Recht, das ergibt hier keinen Sinn und ich habe leider keine bessere Erklärung parat".
Perfekt
Ich halte Bilder für essentiell, auch die Reflexion darüber, sowie den gebetsmühlenhaften Hinweis auf deren Unzulänglichkeit. Wie du richtig sagst, entstehen ohnehin Bilder in den Köpfen, und da ist man gut beraten, sie zusammen mit ihren Fallen zu kennen und das etwas zu steuern.
Was m.E. hängen bleiben sollte ist, dass man sich in Teilaspekten hilfreiche Bilder vorstellen darf, wobei man sich gleichzeitig darüber im klaren sein muss, dass sie eben nur in Teilaspekten zutreffen, in anderen jedoch irreführend oder falsch sind.
Das wäre mein Nullter Hauptsatz.
Dazu ein Dialog zwischen Adson von Melk und William von Baskerville aus
Der Name der Rose
:
"Demnach habt Ihr nicht eine einzige Antwort auf alle Fragen?"
"Lieber Adson, wenn ich eine hätte, würde ich in Paris Theologie lehren."
"Und in Paris haben sie immer die richtige Antwort?"
"Nie", sagte er fröhlich, "aber sie glauben sehr fest an ihre Irrtümer."
"Und Ihr", bohrte ich weiter mit kindischer Impertinenz, "Ihr begeht nie Irrtümer?"
"Oft", strahlte er mich an, "aber statt immer nur ein und denselben zu konzipieren, stelle ich mir lieber viele vor und werde so der Sklave von keinem."
TomS
Verfasst am: 06. Mai 2026 22:27
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Ich finde, man sollte es nicht unnötig kompliziert machen. Dass ein Radon-221 Kern seine Kernladungszahl schlagartig von 86 zu 84 oder 87 ändern kann, halte ich für eine empirisch begründete und für den Unterricht völlig ausreichende Beschreibung.
Und ich halte das für falsch.
Der quantenmechanische Formalismus
sagt uns explizit etwas anderes
- sei's beim radioaktiven Zerfall, bei der Emission von Photonen .... Was man empirisch sieht, ist
nicht
der Zerfallsprozess, sondern ein
Detektorsignal
. Den Zerfallsprozess vor der Messung hat noch niemand gemessen, er ist empirisch unzugänglich; das gilt für einen deterministisch / kontinuierlichen oder einen stochastisch / sprunghafte Zerfallsprozess. Mathematisch ist er zugänglich und liefert die
Superposition
.
Nun kann man schlecht in der Quantenmechanik beginnen, korrekt zu argumentieren, um in der Kernphysik, dann wieder ein klassischen Kügelchen-Modell zu diskutieren. Also muss man sich wohl oder übel mit Superpositionen auseinandersetzen.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Von einer "Überlagerung" und einer von der zeitabhängigen Schrödingergleichung diktierten kontinuierlichen Entwicklung zu sprechen ist grobe Irreführung.
Bitte?
Dann ist alles seit Schrödinger also falsch?
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Die Quanten(feld)theorie ist mehr als die zeitabhängige Schrödingergleichung.
Sie ist im Kern und ihren quantitativen Aussagen zunächst genau das.
Dyson-Reihen, Feynman-Integrale, ... Fermi's goldene Regel ... Berechnung von Kern- und Hadronmassenspektren und Formfaktoren ... das alles startet mit einer Schrödingergleichung bzw. äquivalent der Zeitentwicklung U(t) = exp(-iHt) oder ggf. der stationären Schrödingergleichung.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Wie kann kontinuierliche (und sogar deterministische) Entwicklung im Einklang stehen mit der Sprunghaftigkeit und Zufälligkeit, die wir in der Wirklichkeit beobachten?
Das ist natürlich im Kern die offene Frage des Messproblems.
Aber wir beobachten keine Sprunghaftigkeit. Wir sehen keinen Zerfall, wir messen nur die Detektorsignale, Spuren in der Nebelkammer ... ausgelöst durch Zerfallsprodukte. Dass es von der Schrödingergeichung zur Messung ein weiter Weg mit offenen Fragen ist, ist klar. Aber der Ausgangspunkt ist unbestrittenermaßen die Schrödingergleichung.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Viele Theoretiker scheinen aber die Wellenfunktion für wirklicher zu halten als die Wirklichkeit.
Die Wellenfunktion ist nicht gleichzusetzen mit der Wirklichkeit, aber sie ist ein unverzichtbares Werkzeug zur Berechnung wirklicher Phänomene und quantitativer Vorhersagen.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Für mich ist Quanten(feld)theorie eine
stochastische
Theorie, und die Schrödingergleichung nur ein Teil davon.
Das ist letztlich die Aussage der orthodoxen Interpretation der Quantenmechanik
Nun stellt sich natürlich didaktisch die Frage, wie man den Bogen spannt von QM / QFT / Superposition hin zu einer Erklärung im Rahmen der Physik am Gymnasium. Superpositionen unter den Teppich zu kehren halte ich für didaktisch falsch, deine Erklärungen dazu habe ich oben kritisiert. Wir benötigen sicher beides – lineare, deterministische Zeitentwicklung
und
stochastisches Verhalten. Wenn wir diese Fragen heute nicht beantworten können, dann ist die einzige
ehrliche und redliche Antwort
im Unterricht doch genau das: es gibt da noch eine Erklärungslücke, aber diese kann ich nicht mal benennen, ohne von Superpositionen zu sprechen.
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Die zahllosen Interpretationen der Quanten"mechanik" entspringen dem verzweifelten Versuch, die von der zeitabhängigen Schrödingergleichung suggerierte kontinuierliche Entwicklung mit dem, was in der realen Welt passiert, in Einklang zu bringen.
Das ist kein verzweifelter Versuch sondern ein
notwendiges Unterfangen
.
Wir kennen heute keine Alternativen zur QM / QFT und damit zur Schrödingergleichung bzw. äquivalenten Formulierungen, die auch nur ein einziges vernünftiges Messergebnis für Atome, Kerne usw. korrekt vorhersagen; nichts. Also ist die Schrödingergleichung so lange essentieller Bestandteil der Theorie
und der Lehre
, bis man eine tragfähige Alternative ohne sie gefunden hat.
Ein Rückfall auf die Ebene von Kügelchen, ohne zu thematisieren, dass diese Vorstellung falsch ist, ist sicher auch keine didaktisch sinnvolle Alternative.
Lorz
Verfasst am: 06. Mai 2026 17:22
Titel:
@337 Ohm
OK, dann erst mal danke, dass Du inhaltlich sowohl auf die Physik als auf meine Reaktion eingegangen bist. Letzteres entspannt mich. Dann ist wieder alles gut.
Zu der Beschreibung des Kerns und warum ich da irgendeine Art erklärende Vorstellung konstruieren will.
1. Ich strebe immer an, (bildliche) Vorstellung zu entwickeln. Und ich halte die Annahme, dass sich Leute wie Bohr, Feynmann, Einstein KEINE Bilder zu ihren Theorien gemacht hätten für unrealistisch. Denn es erhöht die Denkleistung in einer Disziplin drastisch, wenn die Gedanken dazu ausgestaltet werden. Nur weil man sich die Geometrien einer Quantenphysik vielleicht faktisch nicht komplett isomorph in Gedanken vorstellen kann, bedeutet das nicht, dass völlig egal ist, ob man sich zumindest Teilaspekte einer Struktur vorstellen kann. Ganz grob so, wie ein 3-D-Objekt "portionsweise"/projektionsweise in 2-D darstellbar ist. Dh, ich fänd das schon sehr spannend und aufschlussreich, was dort für Projektionen in solch krassen Köpfen stattfanden.
Dass die Projektionen Defizite, Fehler und Probleme mit sich bringen, dass falsche Voraussetzungen gedacht werden, ist ein Nachteil daran. Aber welche Vorteile entstehen auf der anderen Seite?!
2. Wenn ich keine bildliche Vorstellung unterstütze, so werden sich die SchülerInnen wahrscheinlich selbst eh welche machen. Und das wird dann wohl so ein Haufen Steine sein für das Nuklid. Aus dieser Vorstellung geht aber - wie man meiner eigenen Fehlauffassen sehen konnte - wahrscheinlich draus hervor, dass Kerne derselben Nuklidsorte, die aber unterschiedliche Zerfälle machen, schon vorher anders aufgebaut waren (wenngleich auch mit dergleichen Anzahl an Neutronen und Protonen). Dass gleiche Nuklide identische Eigenschaften haben sollen, da sie die gleiche Halbwertszeit haben, aber dennoch dann unterschiedliche Zerfälle machen können sollen, dafür will ich eine Vorstellung anbieten. Mein eigenes Bild davon im Kopf ist, dass jedes Nukleon eine "Staub"wolke bildet und der Kern eine Zusammenkunft von diesen vielen Staubwolken ist. Staub ist mit Staub überlagert. Er ist dort dicht, wo hohe Aufenthaltswahrscheinlichkeit ist. Das Bild ist jedoch nicht in Ruhe. Es führt eine Art Vibration durch, ist "unscharf", weil jedes Teilchen nicht nur eine Staubwolke, sondern viele Staubwolken erzeugt. Das soll dem gerecht werden, dass das Gesamtsystem ja auch sehr viele verschiedene Möglichkeit hat, welche Zustände es einnehmen könnte.
Eigenschaften wie Spin und Isospin fehlen in diesem Bild. Und vieles andere auch. Und es ist ein leichtes, darin Fehler zu finden. Aber es ist besser als der Haufen Steine.
Die Forderung sich statt dessen nichts vorzustellen, erscheint mir total menschenfern. Und grausam. Schlag mal einem Kind vor, es solle sich aufhören, sich ständig Dinge vorzustellen. Denn es versteht ja nix, es macht ja überall Fehler. Das soll erst mal alle Theorien ordentlich zu Ende lernen und sich dann gleich die richtige Vorstellung machen. Und eben alles nur mit Gleichungen beschreiben. Denn Fehler in Vorstellungen sind etwas ganz schlimmes, das es unbedingt zu vermeiden gilt.
Wenn ein Schüler was in der Birne hat und Bock auf Physik, dann passiert mit den Bilder meiner Erfahrung nach folgendes - er findet die Widersprüche. Und geht NICHT an ihnen zu Grunde. Und es macht ihm richtig Spaß, diese ganzen Fehler zu benennen. Das heißt, das Bild hilft auch hier, die nicht passenden Eigenschaften zu konkretisieren. Es unterstützt ihn - wenn auch quasi als Negativ-Beispiel - bei seiner Entwicklung.
Wer hingegen die Fehler in Modellen nicht findet, der wird auch insgesamt nicht großartig von der Physik eingenommen sein. Es ist ihm egal, ob das Modell passt oder nicht.
Als Modellvorgeber sollte ich aber unbedingt, mit offenem Armen die Kritik am Modell zulassen. Wenn ich die Widersprüche unter den Teppich kehre und die Kritiker abwürge, ja dann könnte ich mitgehen, mit den Bedenken gegen Modelle. Aber welcher Lehrer ist denn so "asi", dass er auf kritische SchülerInnen so reagieren würde?! Also ich habe kein Problem damit, zu sagen "ja, Du hast Recht, das ergibt hier keinen Sinn und ich habe leider keine bessere Erklärung parat".
Nachtrag: Aber ich glaube, ich habe trotzdem so eine Ahnung, was damit gemeint ist, man solle sich kein Bild von der Quantenmechanik machen. Hierzu eine Geschichte:
Ich habe mal eine Person getroffen, die Angst vor Fahrstühlen hat(te). Also die fährt kein Fahrstuhl vor Angst. Wir sind dann mit ein paar Leuten zu einem Fahrstuhl gegangen, denn sie sollte eine Expositionsübung machen. Also vielleicht doch mal rein in den Fahrstuhl und zumindest ein Stockwerk fahren. Ich muss ehrlich sagen, dass ich mir damals dachte "was kann denn so schwer daran sein, diese Angst mal nach mehreren Jahren endlich loszuwerden. Die soll einfach reingehen, ein bisschen damit hoch- und runterfahren und gut ist, dann ist sie geheilt." Also sie dann vor dem Fahrstuhl stand und langsam die Tür aufging, habe ich gesehen, was mit ihrem Körper passiert. Die Augen sind ihr quasi aus dem Kopf getreten, sie hat angefangen zu zittern, zu hyperventilieren. Da habe ich verstanden: sie denkt, sie wird sterben, wenn sie in den Fahrstuhl gehen wird. Und für sie ist das absolut real.
Das hat sich mir eingebrannt, quasi als Satz: ich war vorher nicht in der Lage, mir auch nur ansatzweise ein angemessenes Bild von der Situation vorzustellen. Und meine Bewertung zur "Nichtigkeit" dieser Fahrstuhl-Aufgabe lag komplett daneben. Das mal so als Analogie.
377 Ohm
Verfasst am: 06. Mai 2026 11:58
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Naja, ich wollte jetzt gar nicht soo wörtlich genommen werden oder hier zwanghaft Begriffe aus der Schulphysik einbauen. Mehr gings mir darum, das einigermaßen kurz und hoffentlich EINIGERMAßEN treffend zu charakterisieren. Natürlich wird normalerweise nix "gemessen".
Die Physik hat sich in den letzten 200 Jahren enorm entwickelt. Wenn etwas klar geworden ist, dann dass es unterschiedliche Betrachtungsweisen gibt, und dieselben Phänomene mit unterschiedlichen Begriffen aus verschieden Perspektiven beschrieben werden können. Ich halte es für verfehlt, Schülern nur genau das beibringen zu wollen, was man für den aktuellen Stand der Wissenschaft hält. Manche Begriffe versteht man erst, wenn man die Entwicklung kennt, die dahin geführt hat.
Zitat:
Protonen und Neutronen bilden keine bestimmte Struktur a la im klassischen Sinne "ein Haufen von Steinen". Sondern die Nuklide befinden sich in einem (so jetzt muss ich vorsichtig formulieren...) Überlagerungszustand.
Ich finde, man sollte es nicht unnötig kompliziert machen. Dass ein Radon-221 Kern seine Kernladungszahl schlagartig von 86 zu 84 oder 87 ändern kann, halte ich für eine empirisch begründete und für den Unterricht völlig ausreichende Beschreibung. Von einer "Überlagerung" und einer von der zeitabhängigen Schrödingergleichung diktierten kontinuierlichen Entwicklung zu sprechen ist grobe Irreführung. Die Quanten(feld)theorie ist mehr als die zeitabhängige Schrödingergleichung. Wie kann kontinuierliche (und sogar deterministische) Entwicklung im Einklang stehen mit der Sprunghaftigkeit und Zufälligkeit, die wir in der Wirklichkeit beobachten? Viele Theoretiker scheinen aber die Wellenfunktion für wirklicher zu halten als die Wirklichkeit. Für sie ist das Sprunghafte und Zufällige wohl nur eine Illusion, ein zufälliges Nebenprodukt des Messprozesses oder der "Dekohärenz". Für mich ist Quanten(feld)theorie eine
stochastische
Theorie, und die Schrödingergleichung nur ein Teil davon.
Zitat:
Den Vergleich von meinem Text mit den Geiger-Müller-Zählrohren finde ich veralbernd.
Es war keineswegs persönlich gemeint. Die zahllosen Interpretationen der Quanten"mechanik" entspringen dem verzweifelten Versuch, die von der zeitabhängigen Schrödingergleichung suggerierte kontinuierliche Entwicklung mit dem, was in der realen Welt passiert, in Einklang zu bringen. Kontinuität ist fest in der klassischen Physik verwurzelt; die klassische Welt besteht aus Objekten, die strengen Bewegungsgesetzen unterworfen sind. Es ist keine Denknotwendigkeit, dass das auch im Mikrokosmos gelten muss.
TomS
Verfasst am: 05. Mai 2026 19:28
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
@TomS Also ich finde es ja erst mal bemerkenswert und auch anerkennenswert, dass Du Dich als nicht-Lehrkraft mit der Didaktik auseinandersetzt.
Danke!
Mit hat die Betreuung von Seminaren immer Spaß gemacht, ich bin mit einer Lehrerin verheiratet, beantworte hier Fragen … also irgendwie logisch, dass mich das interessiert.
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Also meine Auffassung vom Physik-Lehrerberuf ist:
Ich muss mir ne ganze Menge selbst aneignen. Schule, Studium, Referendariat und Erfahrungen aus vergangenem Unterricht reichen nicht aus, um daraus einen Physikunterricht zu machen, der zumindest ein paar von den von Dir geschilderten Ansprüchen genügt. Und dazu gehört tatsächlich auch, dass man sich von den "kleinen Männchen mit dem Energierucksack" = Elektron verabschiedet. Das geht aber nur, wenn man eine bessere Erklärung findet. Ansonsten belässt es halt dabei, ein ordentliches Stück an Quatsch zu erzählen. Irgendwas muss man schließlich erzählen/zeigen/lesen lassen.
Diese Kritik ist auch gar nicht Lehrer-spezifisch. Nimm einen x-beliebigen Physiker, meinetwegen sogar promoviert, zB aus der Laserphysik.
Stell den in die Schule und der wird ebenso hilflos bei den meisten Themen sein. Auch er wird
kein adäquates Modell
für ein Elektron parat haben. Adäquat deshalb nicht, weil die Anforderung nicht alleine anhand der fachlichen Richtigkeit, sondern auch anhand der lernpsychologischen Qualität zu messen ist.
Letzteres unterschlagen Physiker/Akademiker gerne, reduzieren Unterrichtsinhalte allein auf den
fachlichen Richtigkeitsgehalt
.
Physiklehrer, die als Physiker als Quereinsteiger an die Schule kommen, sind übrigens nicht selten, bei uns sind etwa 1/4 der Oberstufenphysiklehrkräfte eigentlich diplomierte oder sogar promovierte Physiker/Naturwissenschaftler. Die bringen teilweise bereichernde Erfahrungen mit. Aber diese haben die gleichen Schwierigkeiten in der Wissensvermittlung.
Die Hauptursache liegt dabei meiner Erfahrung nach beim Lehrer selbst. Wenn ich Sachen nicht richtig verstehe, dann kann ich die Sachen auch nicht vermitteln. Einfach deshalb nicht, weil
Assoziation
, Vergleiche, Anekdoten, Scherze usw in meinem Kopf nicht entstehen können. Dazu müsste ich einen lässigen, flexiblen, häufigen und mit anderen Themen vernetzten Umgang mit den physikalischen Themen haben. Oder kurz gesagt: Der Lerngegenstand muss sehr "bunt" in meinem Kopf sein. Und das scheitert aber gar nicht unbedingt am Willen, sich auf das Thema vorzubereiten. Sondern Physik IST nun mal wirklich schwierig.
👍
Das
fett markierte
ist eigtl. das, was mich am meisten umtreibt. Wie erklärt man (insbs. aber nicht nur) Quantenmechanik, wenn alle verständlichen Assoziationen und anschaulichen Bilder notwendigerweise falsch sind, man aber ohne derartige Bilder nichts erklären kann? Ich denke, man muss Bilder verwenden, jedoch zugleich auf deren Unzulänglichkeit hinweisen, ohne dabei zu große Irritationen zu verursachen. Eine fächerübergreifende Kooperation mit Philosophen wäre wünschenswert.
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Mir hilft hier dieses Forum regelmäßig, mich weiterzubilden.
Nochmals danke. Das freut mich, dann ist das alles hier ja nicht ganz umsonst.
TomS
Verfasst am: 05. Mai 2026 19:09
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Dh, die Verteilung von Protonen und Neutronen im Kern, wird vermutlich ein System aus Wellengleichungen sein. Solange nicht gemessen wird, ist jede Verteilung mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit existent. Beim Zerfall wird vermutlich einer der Zustände eingenommen, denn danach ist der Kern ja verändert.
Das halte ich für eine völlig ungeeignete Darstellungsweise. Der Zerfall wird ja nicht durch eine Messung ausgelöst, sondern passiert
spontan
.
Ich weiß nicht genau, wie Lorz das gemeint hat, aber nach der orthodoxen Interpretation – die ich persönlich ablehne – passt das schon ganz gut:
Ein einmalig präparierter Kern wird unmittelbar nach der Präparation durch den von mir o.g. zeitabhängigen Superpositionszustand
beschrieben
, in dem alle Zustände (rein mathematisch) mit ihrer jeweiligen Amplitude vorliegen. Dass nur einer – und noch dazu welcher –
tatsächlich
vorliegt, sagt uns nicht die Mathematik sondern erst die Messung. D.h. nicht der Zerfall erfolgt zufällig und/oder spontan, sondern im Zuge der Messung ermitteln wir einen tatsächlich realisierten, eindeutigen Tochterkern, mit einer gewissen Wahrscheinlichen. Dass irgendwann spontan bzw. zufällig ein Zerfall tatsächlich erfolgt, sagt uns die oben genannte Mathematik aber gerade
nicht
. Was tatsächlich vor sich geht, darüber schweigt sich die orthodoxe Interpretation aus.
Ich würde aber davon abraten, das Messproblem im Rahmen der Kernphysik zu thematisieren.
Lorz
Verfasst am: 05. Mai 2026 19:01
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Das halte ich für eine völlig ungeeignete Darstellungsweise. Der Zerfall wird ja nicht durch eine Messung ausgelöst, sondern passiert
spontan
. (Können wir den Atommüll unschädlich machen, indem wir eine große Zahl von Geigerzählern in seine Nähe bringen?) Die Protonen und Neutronen bilden ein System, das durch Aussenden eines Elektrons und Antineutrinos, oder eines alpha-Teilchens, seine Energie drastisch verringern kann. Das passiert in Sekundenbruchteilen, und nicht im Zeitraum von Stunden oder Jahren. Die Kernladungszahl (und beim alpha-Zerfall auch die Massenzahl) verändern sich schlagartig, soweit wir das im Labor beobachten können. Zu Anfang des 20. Jahrhunderts -- das Prinzip der Energieerhaltung war ja erst ein halbes Jahrhundert alt -- stellte die Radioaktivität eine äußerst rätselhafte Energiequelle dar. Den Ausduck "Zerfall" für einen Prozess, der offenbar nur in eine Richtung verläuft, finde ich durchaus passend.
Naja, ich wollte jetzt gar nicht soo wörtlich genommen werden oder hier zwanghaft Begriffe aus der Schulphysik einbauen. Mehr gings mir darum, das einigermaßen kurz und hoffentlich EINIGERMAßEN treffend zu charakterisieren. Natürlich wird normalerweise nix "gemessen". Und nach TomS Erläuterungen ist mir auch klar, das Wellen-/Schrödingergleichungen hier längst
nicht
(sorry, dieses Wort hatte in der ersten Version gefehlt :-() ausreichend sind und das Verhalten eines Kern zu beschreiben. Das waren viele Eigenschaften, die da hineinspielen.
Ich versuchs noch mal anders:
Protonen und Neutronen bilden keine bestimmte Struktur a la im klassischen Sinne "ein Haufen von Steinen". Sondern die Nuklide befinden sich in einem (so jetzt muss ich vorsichtig formulieren...) Überlagerungszustand. Dieser kann "kippen"/wechseln/irgendetwas ändern. Das kann wahrscheinlich (sicherlich?!) auch von außen stimuliert werden (schon durch wechselwirkungsarme Teilchen - Du schreibst Neutrinos, wahrscheinlich auch durch Felder). Aber wahrscheinlich muss der Kern das auch selbst - ohne Stimulation machen - weil wir ja die konstante Halbwertszeit haben. Sonst würden Nuklide an unterschiedlichen Orten, unterschiedlich zerfallen.
Den Vergleich von meinem Text mit den Geiger-Müller-Zählrohren finde ich veralbernd.
Zertrümmerung wäre in der Tat noch heftiger. Ist das denn wirklich so, wie Rutherford schrieb? Also dann müsste im Kernkraftwerk und vor allen Dingen in Teilchenbeschleunigern ja auch solch Zertrümmerung (hin- und wieder/ausversehen) stattfinden.
377 Ohm
Verfasst am: 05. Mai 2026 17:39
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Dh, die Verteilung von Protonen und Neutronen im Kern, wird vermutlich ein System aus Wellengleichungen sein. Solange nicht gemessen wird, ist jede Verteilung mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit existent. Beim Zerfall wird vermutlich einer der Zustände eingenommen, denn danach ist der Kern ja verändert.
Das halte ich für eine völlig ungeeignete Darstellungsweise. Der Zerfall wird ja nicht durch eine Messung ausgelöst, sondern passiert
spontan
. (Können wir den Atommüll unschädlich machen, indem wir eine große Zahl von Geigerzählern in seine Nähe bringen?) Die Protonen und Neutronen bilden ein System, das durch Aussenden eines Elektrons und Antineutrinos, oder eines alpha-Teilchens, seine Energie drastisch verringern kann. Das passiert in Sekundenbruchteilen, und nicht im Zeitraum von Stunden oder Jahren. Die Kernladungszahl (und beim alpha-Zerfall auch die Massenzahl) verändern sich schlagartig, soweit wir das im Labor beobachten können. Zu Anfang des 20. Jahrhunderts -- das Prinzip der Energieerhaltung war ja erst ein halbes Jahrhundert alt -- stellte die Radioaktivität eine äußerst rätselhafte Energiequelle dar. Den Ausduck "Zerfall" für einen Prozess, der offenbar nur in eine Richtung verläuft, finde ich durchaus passend.
Zitat:
..falls jemand auch noch die Entstehung des "monströsen" Begriffs "(Kern-)Zerfall" erklären kann, wäre das super für mich!
Kuriosum am Rande: Ich habe zuhause ein Erbstück, "Lehrbuch der Physik" (4. Auflage, 1928) von Arnold Berliner, der tatsächlich von "Atomzertrümmerung" spricht:
Zitat:
Nur
ein
Mittel gibt es, tiefer in die Atome einzudringen: die schnellen Kathodenstrahlen oder die von den radioaktiven Elementen ausgesandten alpha- und beta-Strahlen. Ihnen vermag die Elektronenhülle nicht standzuhalten, sie können in das Innere der Atome, ja bis in die nächste Nähe der Kerne vordringen. Die Möglichkeit besteht, dass bei einem unmittelbaren Aufprall eines alpha-Teilchens auf einen Atomkern dieser dem gewaltigen Stoß nicht widerstehen kann und in Trümmer geht. In der Tat hat Rutherford auf diese Weise zuerst Atome zertrümmert, d.h. einen künstlichen Zerfall (im Gegensatz zum natürlichen radioaktiven) hervorgerufen.
TomS
Verfasst am: 05. Mai 2026 16:57
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
... die Verteilung von Protonen und Neutronen im Kern, wird vermutlich ein System aus Wellengleichungen sein. Solange nicht gemessen wird, ist jede Verteilung mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit existent. Beim Zerfall wird vermutlich einer der Zustände eingenommen, denn danach ist der Kern ja verändert.
Der letzte Satz ist Gegenstand des Messproblems und der Interpretrationen der QM, das führt zu weit weg vom Thema.
Ja, im wesentlichen ist das korrekt, außer dass man in der Kernphysik zumeist mit abstrakten Zuständen statt Wellenfunktionen arbeiten muss.
Die Zeitentwicklung überführt einen initial präpapierten Kern |N> in eine Superposition
Diese Superposition enthält demnach alle zulässigen Zustände der Tochterkerne 1, 2 und evtl. weitere, sowie die weiteren Zerfallsprodukte ... alpha, beta, gamma, d.h. alpha-Teilchen, Elektron oder Positron, gamma-Quanten).
Die Vorfaktoren entsprechen im westlichen den Quadratwurzeln der jeweiligen Zerfallswahrscheinlichkeiten.
Lorz
Verfasst am: 05. Mai 2026 16:10
Titel:
@TomS Also ich finde es ja erst mal bemerkenswert und auch anerkennenswert, dass Du Dich als nicht-Lehrkraft mit der Didaktik auseinandersetzt.
Also meine Auffassung vom Physik-Lehrerberuf ist:
Ich muss mir ne ganze Menge selbst aneignen. Schule, Studium, Referendariat und Erfahrungen aus vergangenem Unterricht reichen nicht aus, um daraus einen Physikunterricht zu machen, der zumindest ein paar von den von Dir geschilderten Ansprüchen genügt. Und dazu gehört tatsächlich auch, dass man sich von den "kleinen Männchen mit dem Energierucksack" = Elektron verabschiedet. Das geht aber nur, wenn man eine bessere Erklärung findet. Ansonsten belässt es halt dabei, ein ordentliches Stück an Quatsch zu erzählen. Irgendwas muss man schließlich erzählen/zeigen/lesen lassen.
Diese Kritik ist auch gar nicht Lehrer-spezifisch. Nimm einen x-beliebigen Physiker, meinetwegen sogar promoviert, zB aus der Laserphysik.
Stell den in die Schule und der wird ebenso hilflos bei den meisten Themen sein. Auch er wird kein adäquates Modell für ein Elektron parat haben. Adäquat deshalb nicht, weil die Anforderung nicht alleine anhand der fachlichen Richtigkeit, sondern auch anhand der lernpsychologischen Qualität zu messen ist.
Letzteres unterschlagen Physiker/Akademiker gerne, reduzieren Unterrichtsinhalte allein auf den fachlichen Richtigkeitsgehalt.
Physiklehrer, die als Physiker als Quereinsteiger an die Schule kommen, sind übrigens nicht selten, bei uns sind etwa 1/4 der Oberstufenphysiklehrkräfte eigentlich diplomierte oder sogar promovierte Physiker/Naturwissenschaftler. Die bringen teilweise bereichernde Erfahrungen mit. Aber diese haben die gleichen Schwierigkeiten in der Wissensvermittlung.
Die Hauptursache liegt dabei meiner Erfahrung nach beim Lehrer selbst. Wenn ich Sachen nicht richtig verstehe, dann kann ich die Sachen auch nicht vermitteln. Einfach deshalb nicht, weil Assoziation, Vergleiche, Anekdoten, Scherze usw in meinem Kopf nicht entstehen können. Dazu müsste ich einen lässigen, flexiblen, häufigen und mit anderen Themen vernetzten Umgang mit den physikalischen Themen haben. Oder kurz gesagt: Der Lerngegenstand muss sehr "bunt" in meinem Kopf sein. Und das scheitert aber gar nicht unbedingt am Willen, sich auf das Thema vorzubereiten. Sondern Physik IST nun mal wirklich schwierig. Mir hilft hier dieses Forum regelmäßig, mich weiterzubilden.
Im Fach Mathematik habe ich solche Probleme übrigens überhaupt nicht. Das ist echt deutlich weniger anspruchsvoll zu unterrichten. Wenn ich es entscheiden dürfte, würde hier eine uneinheitliche Vergütung einführen.
Lorz
Verfasst am: 05. Mai 2026 15:21
Titel:
377 Ohm hat Folgendes geschrieben:
Bei zwei Zerfallskanälen wird die effektive Lebensdauer dominiert durch den schnelleren Zerfall:
.
In dem Beispiel von 1 und 2 Jahren ergibt sich eine effektive Lebensdauer von 2/3 Jahren. Auf dieser Zeitskala nimmt die Zahl der ursprünglichen Kerne ab. Zwei Drittel der Tochterkerne sind vom Typ A, ein Drittel vom Typ B.
Oh ja, klar, mehr Möglichkeiten, mehr Zerfälle pro Zeit (wie bei der Stromstärke im Hauptzweig, wenn man mehr Nebenzweige hinzufügt). Danke für diesen Hinweis. Stand oben auch schon, hatte das bisher nicht verstanden, aber dabei auch nicht verstanden, dass ich das nicht verstanden hatte.
Zitat:
Nein, der ursprüngliche Kern hat, nach allem was wir wissen, kein Merkmal, das den Zerfallskanal festlegt.
OK, nun verstehe ich auch, wie das mit der Konstanz der Halbwertszeit funktioniert. Ein Kern weiß nicht "vorher", welchen Zerfall er machen wird. Dh, ein Radon-221-Kern, der einen beta-Zerfall gemacht hat, war nicht anders präpariert als ein Radon-221-Kern, der einen alpha-Zerfall machen wird. Nur, wenn alle Kerne (ohne äußeren Einfluss, "Naturzustand") identisch sind, kann auch die Halbwertszeit von Nukliden identisch sein.
Dh, die Verteilung von Protonen und Neutronen im Kern, wird vermutlich ein System aus Wellengleichungen sein. Solange nicht gemessen wird, ist jede Verteilung mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit existent. Beim Zerfall wird vermutlich einer der Zustände eingenommen, denn danach ist der Kern ja verändert.
..falls jemand auch noch die Entstehung des "monströsen" Begriffs "(Kern-)Zerfall" erklären kann, wäre das super für mich!
TomS
Verfasst am: 05. Mai 2026 13:16
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Ich glaub, ich kann meine Frage jetzt zumindest anders stellen:
Warum ist die Halbwertszeit überhaupt eine pro Nuklid konstante Größe?
Und ich verstehe nun, dass dies leider nicht einfach zu beantworten ist.
In Schulbüchern wird das Problem ferngehalten, indem durch Tabellen und Texte suggeriert wird, es gäbe nur eine Zerfallsmöglichkeit ...
Also bedingt durch den ungewollten Neutroneneinfang im Uran entsteht ja über zwei Neutronenzerfälle Plutonium. Ich musste das extra woanders nachlesen. Bei Wikipedia steht dazu, dass der Neutroneneinfang sogar vor der Spaltbarkeit des Urans bekannt war. Erst drei weitere Jahre später habe ich dann bemerkt/mitbekommen, dass der Neutroneneinfang keine Uran-spezifische Sache ist, sondern alle Nuklide eine gewisse Wahrscheinlich ungleich Null für den Neutroneneinfang haben ...
Schulphysik ist ein Parade-Beispiel, dort muss gezielt Nicht-Wissen aufrecht erhalten werden, weil Dinge sonst nicht mehr erklärbar sind. Das ist keine Kritik. Denn die Alternative wäre, gar kein Physik zu unterrichten "da zu komplex".
Das ist in der Tat eine berechtigte Diskussion.
Nun bin ich kein Lehrer, ich war jahrelang nach dem Studium in der Forschung und habe daher eine andere Perspektive - aber hier im Forum bekomme ich ja in Teilen mit, woran die Schüler zahnen - nämlich oft nicht am Thema an sich sondern an der Präsentation, Vermittlung und Einordnung (was jetzt keine Kritik an Lehrern darstellt, sondern an grundlegenden Konzepten, der Stoffauswahl, den Handreichungen ...)
Ich nenne mal ein ein paar aus meiner Sicht essentielle Hürden, über die die Physik didaktisch seit meiner Zeit nicht hinweggekommen ist:
1) physikalische Methoden können nur angerissen werden: während das Quellenstudium in der Geschichte anhand eines kurzen Absatzes klar wird, weil jeder dann weiß, dass er Sprachen lernen, Schriften finden, einordnen, übersetzen und interpretieren muss, hat der Schüler auch nach dem Abitur einen Großteil der Methoden des 19. Jahrhunderts nur ansatzweise verstanden
2) physikalische Theorien können nur angerissen werden: siehe oben
3) die Physikdidaktik leidet m.E. unter einem Zielkonflikt: soll Physik für den Alltag und einige Berufszweige verständlich gemacht werden? (Elektrizitätslehre, Thermodynamik?) soll das Wissen eher qualitativ vermittelt werden? (also weg von zu viel Mathematik, damit die Möglichkeit der Öffnung für moderne Theorien (Kern- und Elementarteilchenphysik, Allgemeine Relativitätstheorie ...) oder soll das Wissen quantifizierbar / messbar abprüfbar sein?(damit notwendigerweise Mathematik, jedoch Limitierung auf "alte" Physik) muss Physik zum Verständnis irrelevante bzw. fehlgeleitete historische Entwicklungen nachzeichnen (Stichwort Atommodelle) oder soll das aktuelle Verständnis vermittelt werden?
Wie gehen wir damit um, dass jemand nach dem Physikabitur kaum eine Ahnung davon hat, welches Realitätsverständnis die Quantenmechanik mit sich bringt, wie ein Halbleiter "funktioniert" (also letztlich alles, womit er sich täglich 24 Stunden umgibt).
Lernt man immer noch, dass der Energietransport beim Wechselstrom von den Elektronen getragen wird? Oder wird klar, dass das falsch ist, und dass Energietransport über das elektromagnetische Feld erfolgt?
Ich denke, deine Fragen zur Kernphysik sind da ebenfalls nur ein Teilaspekt.
377 Ohm
Verfasst am: 05. Mai 2026 12:33
Titel:
Lorz hat Folgendes geschrieben:
Was ich prinzipiell nicht verstehe bei der Zusammenführung mehrerer Zerfallsmöglichkeiten:
Wenn ich eine große Menge eines Radionuklids habe. Und wir nehmen der Einfachheithalber an, es gebe zwei mögliche Zerfälle. Zerfall A hat (rechnerisch) eine HW von 1 Jahr, Zerfall B eine HW von 2 Jahren.
Bei zwei Zerfallskanälen wird die effektive Lebensdauer dominiert durch den schnelleren Zerfall:
.
In dem Beispiel von 1 und 2 Jahren ergibt sich eine effektive Lebensdauer von 2/3 Jahren. Auf dieser Zeitskala nimmt die Zahl der ursprünglichen Kerne ab. Zwei Drittel der Tochterkerne sind vom Typ A, ein Drittel vom Typ B.
Bei optischen Übergängen ist das übrigens nicht anders (nur in Bezug auf die Zeitskala). Ein angeregtes Wasserstoff-Atom in einem Zustand n=4 kann mit unterschiedlichen Raten in mehrere Zustände (n=1,2,3) zerfallen.
Zitat:
A und B seien in der Probe 50/50 verteilt.
Nein, der ursprüngliche Kern hat, nach allem was wir wissen, kein Merkmal, das den Zerfallskanal festlegt.
TomS
Verfasst am: 04. Mai 2026 17:38
Titel:
Am besten bringt man den Schülern bei, dass bei Zerfällen oft verschiedene Kanäle möglich sind (so kann ein und das selbe Isotop unter alpha und/oder beta zerfallen), und dass für den alpha-Zerfall verschiedenen Zielzustände möglich sind, die dann über gamma in den Grundzustand des Tochterkernes zerfallen.
In Nuklidkarten wird oft nur ein dominanter Zerfall genannt.
Wer Details wissen möchte, der schaut nicht in die Nuklidkarte sondern sucht in riesigen Tabellenwerken.
Und einen "Mittelwert von Halbwertszeiten über verschiedenen Zerfallskanäle" halte ich für Quatsch.
Lorz
Verfasst am: 04. Mai 2026 13:03
Titel:
@TomS OK, verstehe, das klingt nach sehr vielen Indikatoren und Theorien - und Dein Beispiel mit Wasserstoff war sogar schon minimal. Auf jeden Fall schon mal vielen Dank für Deine Ausführungen!
Ich glaub, ich kann meine Frage jetzt zumindest anders stellen:
Warum ist die Halbwertszeit überhaupt eine pro Nuklid konstante Größe?
Und ich verstehe nun, dass dies leider nicht einfach zu beantworten ist.
In Schulbüchern wird das Problem ferngehalten, indem durch Tabellen und Texte suggeriert wird, es gäbe nur eine Zerfallsmöglichkeit. Aber so ganz ziehen die meisten Nuklidkarten in den Schulbüchern das dann doch nicht durch, spätestens wenn sie ein Nuklid listen, das nun mal zwei verschiedene Zerfallsarten (also nicht nur unterschiedliche Energien, sondern auch die Art Strahlung sind verschiedene Partikel) machen kann. Aber auch dann müsste man als SchülerIn auf die Idee kommen, das ausgesandte Strahlungsenergie und Halbwertszeit korrelieren. Aber nach der Behandlung des Kern-Potenzialtopfes ist das Thema Kernphysik auch im Leistungskurs zu Ende. Gutes Timing, um unangenehme Fragen zu vermeiden
Eine andere Kuriosität ist, dass die Kernkraft zwar behandelt wird, auch schon in Klasse 10. Aber in bisher keinem mir bekannten Schulbuch wird die Entstehung von etwa Abfallprodukten beim Betrieb des Kernkraftwerks thematisiert. Also bedingt durch den ungewollten Neutroneneinfang im Uran entsteht ja über zwei Neutronenzerfälle Plutonium. Ich musste das extra woanders nachlesen. Bei Wikipedia steht dazu, dass der Neutroneneinfang sogar vor der Spaltbarkeit des Urans bekannt war. Erst drei weitere Jahre später habe ich dann bemerkt/mitbekommen, dass der Neutroneneinfang keine Uran-spezifische Sache ist, sondern alle Nuklide eine gewisse Wahrscheinlich ungleich Null für den Neutroneneinfang haben. Dadurch verstehe ich dann wiederum auch besser, warum der Neutroneneinfang des Urans vor der Spaltbarkeit bekannt war - weil der Neutroneneinfang ein breit verteilte Grundeigenschaft von Nukliden ist. An diesem Beispiel will ich zeigen, wieviel Bewertung/Fehldeutung aus "Nicht-Wissen" hervorgeht. Und wie schnell man "lost" ist, wenn eine Grundannahme, etwa "jedes Radionuklid macht nur einen bestimmten Zerfall", auf einmal als ungültig erkannt wird. Schulphysik ist ein Parade-Beispiel, dort muss gezielt Nicht-Wissen aufrecht erhalten werden, weil Dinge sonst nicht mehr erklärbar sind. Das ist keine Kritik. Denn die Alternative wäre, gar kein Physik zu unterrichten "da zu komplex".
Nachtrag: Eine, vielleicht etwas besser zu beantwortende, Frage kommt mir gerade noch:
Warum spricht man überhaupt von „Zerfall“? Als wenn zB ein Haus zerfällt, dann stelle ich mir darunter vor, dass danach nur noch ein strukturloser Trümmerhaufen überbleibt. Bei einem Atomkernzerfall bleibt ja aber im wesentlichen eine Struktur erhalten. Also warum „zerfällt“ denn hier der Kern?
TomS
Verfasst am: 04. Mai 2026 12:28
Titel:
Das Tröpfchenmodell liefert die Energien bzw. den Q-Wert
Der Zerfall wird beschrieben mittels der Zerfallsrate
Alles nach "Der Zerfall wird beschrieben mittels ..." ist kein Ergebnis des Tröpfchenmodells; letzteres liefert den Input, die eigtl. WKB-Rechnung für die Tunnelwahrscheinlichkeit ist Quantenmechanik, das Potential V(r) wird zunächst heuristisch angesetzt, und das ... fehlt auch noch ...
Kernphysik, war nie mein Spezialgebiet, und ich bin aus der Nummer schon sehr lange raus, aber ich denke, die Kollegen sind immer nicht weit davon entfernt, geschlossenen Modelle anbieten zu können.
So fehlt in der o.g. Berechnung die Wahrscheinlichkeit, dass im Kern überhaupt sowas wie ein alpha-Teilchen "existiert", für das dann eine Tunnelwahrscheinlichkeit angenommen werden kann; zunächst gibt es da nur eine quantenmechanischen Vielteilchenzustand aus Protonen und Neutronen. Dann liefert der o.g. Ansatz keine Erklärung von Schaleneffekten, also warum bestimmte "magische" Kerne vergleichsweise stabil sind, benachbarte Kerne nicht; dies folgt nicht mittels WKB. Insbs. fehlen sämtliche Spin- und Isospin Effekte.
Als einfaches Beispiel betrachten wir das Deuteron aus einem Proton und einem Neutron; das ist stabil. Ein Di-Neutron existiert nicht. Warum? Das Deuteron hat Spin 1 und ist genau deswegen stabil. Ein gebundener Spin 0 Zustand existiert nicht. Das Di-Neutron besteht aus zwei identischen Fermionen, muss aufgrund des Pauli-Prinzips also antisymmetrisch sein; im Grundzustand ist die Ortswellenfunktion symmetrisch; der Isosspin ist identisch (zwei Neutronen), also muss der Spin antisymmetrisch sein, d.h. S = 0. Die Neutron-Neutron-Wechselwirkung ist aber stark abhängig von Spin und Isospin, insbs. ist sie für Isopspin symmetrisch und Spin antisymmetrisch schwach anziehend, jedoch so schwach, dass sie keinen gebunden Zustand zulässt (dass sie schwach anziehend ist sowie weitere Eigenschaften, kann man experimentell anhand der Neutron-Neutron-Streuung bzw. allgemein Nukleon-Nukleon-Streuung nachweisen). Alles davon und noch viel mehr benötigt man für Berechnungen von alpha-Zerfällen, alles ist rein quantenmechanisch, nichts davon ist im WKB-Modell enthalten, ein Zwei-Teilchen-Potential ist nicht ausreichend, ein exaktes Vielteilchen-Potential nicht bekannt ...
Wenn du da tiefer einsteigen willst, ist das wirklich sehr viel Arbeit.
Lorz
Verfasst am: 03. Mai 2026 19:55
Titel:
@TomS Aber eine (andere) Berechnungsmöglichkeit gibt es schon, oder? Also a la Tröpfchenmodell, da hätte man zumindest ja schon mal ne Energieverteilung in Abhängigkeit von bestimmten Eigenschaften des Kerns.
Was ich prinzipiell nicht verstehe bei der Zusammenführung mehrerer Zerfallsmöglichkeiten:
Wenn ich eine große Menge eines Radionuklids habe. Und wir nehmen der Einfachheithalber an, es gebe zwei mögliche Zerfälle. Zerfall A hat (rechnerisch) eine HW von 1 Jahr, Zerfall B eine HW von 2 Jahren. A und B seien in der Probe 50/50 verteilt.
Dann wäre die HW ja naiv gedacht im Mittel 1,5 Jahre (ob man Halbwertszeiten überhaupt so mitteln dürfte?!). Aber da ergibt sich ja ein Problem für die Konstanz der HW. Denn die Zerfälle mit HW=1 Jahr schwinden ja schneller, als die mit 2 Jahren. Dh die HW bliebe nicht konstant, im Laufe der Beobachtung, weil die 50/50-Verteilung sich mit der Zeit verändert.
TomS
Verfasst am: 08. Apr 2026 17:48
Titel:
👍
Für den Vergleich verschiedener Zerfallskanäle mit identischem Eingangszustand jedoch unterschiedlich angeregten Endzuständen des selben Isotops funktioniert das Potentialmodell m.W.n. nicht mehr.
Lorz
Verfasst am: 07. Apr 2026 15:37
Titel:
OK, mit a bissl Verzögerung - sorry, ich wusste selbst nicht so recht, was mir jetzt eigentlich alles unklar ist - danke @TomS und @jh8979!
Also ich hatte jetzt tatsächlich erst mal a bissl weiter recherchiert. Wenn ich es richtig verstehe, ist die Halbwertszeit (auch) ein empirischer Wert. Rein rechnerisch bildet man die Gesamtzerfallskonstante aus der direkten Summe der Einzelzerfallskonstanten.
Dh, die in der Nuklidkarte angegebene Halbwertszeit ist nicht auf nur den dort stehenden einzelnen Energiewert (der entweder nach Größe oder nach Wahrscheinlichkeit ausgewählt wurde) bezogen, sondern rekrutiert sich bereits aus allen für das Nuklid möglichen Zerfälle.
Wenn man die Halbwertszeit berechnen wollen würde, so müsste man tatsächlich mit dem Potenzialtopfmodell alle möglichen Zerfälle und Zerfallsenergien eingehen lassen.
jh8979
Verfasst am: 13. März 2026 16:09
Titel:
Ich weiß nicht, ob diese Frage einfach zu beantworten ist. Die Nuklidkarten, die ich zur Hand hatte, hatten entweder gar keine Energieangaben oder Energieangaben, ohne zu benennen was genau die bedeuten sollen.
Wenn Dich ein Zerfall speziell interessiert, würde ich den im Internet suchen, es gibt gut Seiten, die alle möglichen Zerfälle, Energien und Wahrscheinlichekiten zusammentragen (nicht unbedingt immer alles gleichzeitig). Es wird sehr schnell sehr kompliziert, da wie Tom schreibt nicht X in Y zerfällt, sondern alle möglichen angeregten Zustände mit unterschiedlichen Quantenzahlen dann eine Rollen spielen können.
TomS
Verfasst am: 12. März 2026 22:28
Titel:
Was genau ist nun die Frage? Die nach der Energieabhängigkeit der Zerfallskonstante in Abhängigkeit von der Energie des Tochterkerns bei identischen Isotopen? Also für X und Y, letzteres ggf. im Grundzustand und unterschiedlichen angeregten Zusänden Y*, Y** …
…
Lorz
Verfasst am: 10. März 2026 12:53
Titel: Nuklidkarte: Angabe alpha-Energie
Hallo!
In Nuklidkarten werden auch Energien von Strahlern gelistet. Dabei habe ich gefunden, dass bei
-Stahlung das Maximum (vs häufigster Wert bei Energieaufteilung auf Elektron und Neutrino) angegeben wird. Einige
-Strahler haben sogar zwei Werte (oder mehr) notiert, daraus schließe ich, dass verschiedene
-Zerfälle, aber jeweils mit definierter Maximalenergie vorkommen können. Diese Angaben sollen nach Wahrscheinlichkeit sortiert sein. Bei Co66 steht zB
daraus schließe ich, dass ein Zerfall bei dieser Nuklidart mit 7,2 MeV häufiger vorkommt als 8,5 MeV und an dem "
", dass sogar noch weitere Möglichkeiten gibt.
Bei
-Strahlern gibt es auch welche mit mehreren möglichen
-Energien. Ich habe jedoch keinen
-Strahler gefunden, bei dem die verschiedenen (meist nur zwei angegeben) nicht auch nach der Größe sortiert sind. Liegt dass daran, dass die höhere Energie auch immer die höhere Wahrscheinlichkeit hat? Zu den Halbwertszeiten würde as ja passen, also
-Zerfälle mit kleineren Halbwertszeiten haben tendenziell auch höhere
-Energien.
Allerdings haben wir in einem Schulbuch das Beispiel mit Po-212, welches
-Energien 6,05, 6,09 und 8,78 in Verhältnis 25:10:100 abstrahlt. Da wäre also die Häufigkeit nicht (streng) nach Energien geordnet (wobei 6,05 und 6,09 natürlich sehr dicht beieinander liegt).