Fragen zur Quantenphysik

Zion · Gast

1. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons in einem Atom wird beschrieben mit dem Orbitalmodell.
Ein Orbital kennzeichnet die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons mit einer ziemlich hohen Wahrscheinlichkeit und wird durch Schrödingers Gleichung durch eine Wellenfunktion beschrieben.
Besagt wird aber auch in der Quantenmechanik, dass nur ganz bestimmte, erlaubte Zustände vorhanden sind.
Diese Zustände, vergleichsweise mit den Schalen/Unterschalen der Elektronen im Atom, können untereinander wechseln (sprunghaft!) ohne Zeitverlust, sodass diese nicht die zwischenliegenden Energiestufen annehmen.
Wieso geht man dann von einen Raum der Aufenthaltswahrscheinlichkeit aus?
Logisch, dass die Wellenfunktion jeden Ort für möglich deklariert, aber wenn diese nur bestimmte Zustände annehmen darf, müsste das Orbitalmodell nicht aus Schalenorbitalen(?) bestehen mit leeren Zwischenräumen?

2. Schrödingers Katze ist nur eine Beschreibung der Absurdität der Kopenhagener Deutung bzw. die Deklarierung der Quantenphysik als unvollständig/falsch veranschaulicht durch das Gedankenexperiment?

3. Selbst das Vakuum besitzt eine Nullpunktenergie? Worauf zurückzuführen, auf die Bildung des Raums? Die Bildung von Raum kostet Energie und zeigt sich in ihrer Nullpunktenergie?

4. Wenn Photonen keine Masse besitzen, jedoch einen Impuls, sagt dies nicht gleichzeitig aus dass Masse nicht ein Maß für den Widerstand einer Kraft sein kann?

5. Was sind Photonen denn jetzt genau? Wenn ich dabei an Elektronen denke die durch einen Quantensprung in niedrigere Orbitale springt, wäre ja die dadurch resultierende Emission von Photonen nichts anderes als die Abgabe der Energie der Differenz der Energiezustände an leeren Raum (Vakuum) und durch die Energieminimierung des Systems eine Ausbreitung und Verteilung der Energie (daraus entstehend Lichtstrahl?).

6. Ist es normal das die Quantenphysik so verdammt komplex, verwirrend und interessant ist? grübelnd

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Zu 1.: Ich habe den Eindruck, dass du da einiges durcheinanderbringst. Die Quantenmechanik wird mittels Wellenfunktionen und der Schrödingergleichung formuliert. Orbitale sind nur eine daraus abgeleitete, vereinfachende Veranschaulichung. Ich denke, sie verwirren oft mehr als sie helfen. Ich stelle die Beantwortung einiger Punkte dazu mal zurück.

Zu 2.: Die Kopenhagener Interpretation besagt, dass der Überlagerungszustand durch Beobachtung spontan verschwindet (Kollaps). Das ist zunächst nicht absurd. Es ist jedoch problematisch, die nicht gesagt wird wie und warum. Es ist problematisch, weil entweder die Beobachtung das System nicht beeinflusst (störungsfrei) und daher der Kollaps nicht erklärt werden kann, oder weil die Beobachtung das System doch beeinflusst und dann aufgrund der QM eine weitere lineare Zeitentwicklung ohne Kollaps folgt. Die Problematik rührt also daher, dass man versucht, der Wellenfunktion eine reale Bedeutung zuzuschreiben. Sobald man dies tut, erhält auch der Kollaps eine reale Bedeutung, die die Theorie jedoch nur postulieren, nicht jedoch erklären kann.

Nochmal zu 2.: Schrödingers Katze schien deswegen absurd, weil wir in der Makrowelt keine Superpositionen beobachten, lediglich in der Mikrowelt. Allerdings bleibt ungeklärt, wo denn die Grenze zwischen beiden verlaufen soll. In der Zwischenzeit kennen wir aber sowohl makroskopische Systeme in Überlagerungszuständen, als auch den Mechanismus, der dazu führt, dass die Superpositionen unbeobachtbar werden (Dekohärenz). Die QM liefert uns nach wie vor keine Aussage, ob wir eine makroskopisch lebende oder eine tote Katze sehen werden (nur eine Wahrscheinlichkeit), sie erklärt jedoch mittels Dekohärenz, wieso wir klassische Zustände sehen, keine Superposition.

Das eigtl. Absurde an Schrödingers Gedankenexperiment, die Existenz makroskopischer Superpositionen, ist damit im Rahmen der Theorie gelöst. Eine Interpretation bzgl. der Realität und des Messprozesses haben wir damit jedoch nicht.

Zu 3.: das folgt aus einer recht komplizierten Berechnung im Rahmen der Quantenfeldtheorie. Letztlich sind da nur Energiediffenzen definierbar und messbar. Siehe dazu den sogenannten Casimir-Effekt http://de.wikipedia.org/wiki/Casimir-Effekt

4. hat nichts mit QM zu tun, sondern mit einer relativistisch vernünftigen Defintion von Kraft F = dp/dt (nicht F = ma)

Zu 5.: Im Rahmen der QFT werden Elementarteilchen als quantisierte Schwingungen eines Feldes beschrieben. Was sie sind wissen wir nicht.

Zu 6.: ja

Zion · Gast

Zu 1.: Dies könnte durchaus sein, danke. smile

Zu 2.: Um es anders zu verstehen: Schrödinger führte die Absurdität der einfachen Deklarierung durch die Kopenhagener Deutung auf den Tisch durch das Gedankenexperiment und das zeigte Katzen in Superposition (d.h. makroskopische Objekte) und das ist realistisch gesehen Absurd.
Er forderte damit eine bessere Theorie bzw. die Verbreitung der Ansicht/Aufklärung, dass die Kopenhagener Deutung nicht endgültig sein kann und/oder falsch? Daraus folgten viele Theorien und in vielen wurde auf die Dekohärenz als Grund geliefert um zu erklären wieso wir in makroskopischen Objekten keine Superpositionen entdecken können?
Kurz und knapp richtig?

Zu 3.: Danke, ich lese mir mal den Casimir-Effekt durch.

4. D.h. Unterscheidung F in der Quantenphysik und der Klassischen Physik?

Zu 5.: Ah, okay vielen dank. smile

Zu 6.: Gefällt mir Big Laugh

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Zu 4.: nein, lediglich korrekte Definition von Kraft, die auch relativistisch funktioniert (nur so macht das Sinn, denn masselose Photonen können nur relativistisch korrekt beschrieben werden)

in der QM spielt der Kraftbegriff eigtl. überhaupt keine Rolle; Kraft ist der historische Zugang zur Mechanik nach Newton, und die (abgeleitete, sekundäre) Größe, die in bestimmten makroskopischen Experimenten gemessen wird; fundamental ist sie nicht

Zion · Gast

Ah, okay vielen Dank. Und vielen Dank für die schnellen Antworten. Big Laugh

Hätte noch eine Frage: Nach den Quanten-Zeno-Effekt mit der einfachen Lösung durch Intesimalrechnung (hieß die so?), dass man zum Beispiel für die Hälfte des Weges 1s braucht, dass durch Addierung der anderen immer das Doppelte von der Hälfte des Weges die Lösung für den ganzen Weg ist?

Also bei 1s + 1/2s + 1/4s + ... = 2s

Gilt dies auch für die Halbwertszeit von radioaktiven Atomen? Die Halbwertszeit * 2 entspricht in etwa die völlige Zerstrahlung von radioaktiven Stoffen?

Katze · Anmeldungsdatum: 19.08.2013 Beiträge: 5

Hallo Zion!

Zur Halbwertszeit: In dieser Zeit zerfällt immer die Hälfte des radioaktiven Materials.
Beispiel: Du hast 1000g eines Elements mit der Halbwertszeit von 1 Jahr.
Nach 1y hast du noch 500g, nach 2y noch 250g (500/2!!), nach 3y noch 125g, und so weiter...

Zion · Gast

Ich Hohlkopf, danke dir. Ich verbinde anscheinend sehr gerne falsche Fakten miteinander. Ich glaube ich nenne diesen Effekt Zion-Effekt. Ich bin mal meinen Doktor darüber schreiben, auskennen tue ich mich wohl damit am besten. LOL Hammer

Katze · Anmeldungsdatum: 19.08.2013 Beiträge: 5

Überstürz es lieber nicht! Vielleicht hast du noch einen besseren Einfall, den du dann Zion-Effekt nennst! Augenzwinkern

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 305

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Günther schreibt

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 305

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 305

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Bereits die Darstellung des s-Orbitals ist falsch, da sie die radialen Oszillationen der Wellenfunktionen für höhere n nicht darstellten kann.

Aber es geht im wesentlichen darum, dass man zuerst die Wellenfunktionen verstanden haben sollte, bevor man daraus Orbitale ableitet. Wenn an ersteres aber mal verstanden hat, ist letzteres m.E. überflüssig. Man könnte heute die Wellenfunktionen von komplexen Molekülen direkt visualisieren, man muss es nur tun.