Quantenphysik

Jii · Anmeldungsdatum: 03.03.2014 Beiträge: 9

Meine Frage:
Hallo! Ich bin 15 Jahre alt und ein großes Hobby von mir ist Quantenphysik (Atome, Atomkerne, Quarks...) und Astronomie. Ich möchte freiwillig und ganz für mich und mein Interesse eine Art Aufsatz mit ungefähr 5000-7000 Wörtern schreiben. Welche Themen würdet ihr mir dafür empfehlen?

Meine Ideen:
Kann mir jemand einen Überblick verschaffen?

T.rak92 · Anmeldungsdatum: 25.01.2012 Beiträge: 296

Das hängt sehr stark davon ab, was du schon weisst und was dich interessiert.
Außerdem müsstest du noch schreiben in welche Richtung der Aufsatz gehen soll.
Soll er zusammenfassend, herleitend, etc sein?

Es gibt viele interessante Themen in der Quantenphysik:

-Verschränkung
-Wellenfunktionen
-Tunneln
-Viele Mehr

Ich denke aber, dass sich viele erst mit der nötigen Mathematik wirklich verstehen lassen.
Hast du schon Höhere Mathematik gelernt?

Ansonsten würde ich vorschlagen einen die Klassische Mechanik, Elektrodynamik und die Quantenphysik zu vergleichen. Ich denke das würde helfen zu verstehen, was wirklich
pure Quantenphenomäne sind und was eigentlich auch ohne erklärt werden kann (sehr vieles). Ich finde immer, dass dieser Aspekt in vielen Populärwissenschaflichen Bücher etwas unter den Tisch gekehrt wird.

Feucht von Lipwig · Anmeldungsdatum: 19.09.2013 Beiträge: 122

5000-7000 Seiten sind gerade mal 10-15 Seiten.

Wenn du also nicht einfach nur die Themen der Quantenphysik ohne Tiefgang vorstellen möchtest, würde ich dir empfehlen dich auf ein Thema zu konzentrieren und das dann ausführlicher beschreiben.

Jayk · Anmeldungsdatum: 22.08.2008 Beiträge: 1450

Noch eine persönliche Empfehlung von mir: Verschwende deine Zeit nicht damit, einen Aufsatz zu schreiben. Wenn du dich mit einem Thema intensiv auseinandersetzen willst, tu es jetzt gleich, denn aus eigener Erfahrung kann ich dir sagen, dass du (aufgrund deines Alters) bald nicht mehr viel Zeit für irgendetwas Anderes als Schule haben wirst. Sich populärwissenschaftlich mit etwas auseinanderzusetzen, habe ich übrigens schon immer als Zeitverschwendung erachtet und tue es immer noch. Jedenfalls, solange man in der Situation ist, dass man sich in ein paar Jahren sowieso viel intensiver damit auseinandersetzen wird.

Wenn du nicht vorhast, Physik zu studieren, beschäftige dich, womit du willst. Aber wenn du es vorhast, würde ich mir an deiner Stelle ein greifbareres Thema suchen und mich dafür intensiv damit beschäftigen. Dabei solltest du dir unbedingt Mitschriften/Notizen anfertigen. Statt einen Aufsatz auszuformulieren, wäre es sinnvoller, das erlernte Wissen auf eine konkrete Situation anzuwenden, sprich: etwas zu rechnen. Das geht natürlich nicht, wenn man sich populärwissenschaftlich mit etwas auseinandersetzt. Und dass man sich populärwissenschaftlich mit etwas beschäftigt, hilft nach meiner Erfahrung auch nicht beim Verständnis der Theorie, wenn man sie mal wirklich verstehen will.

Du sagst, Quantenphysik sei ein Hobby von dir. Du bist nicht der erste, der so etwas in diesem Forum schreibt. Der Grund ist vermutlich, dass sich Quantenphysik leicht populärwissenschaftlich verarbeiten lässt, was bei klassischer Mechanik nicht unbedingt der Fall ist. Trotzdem würde ich meinen, dass klassische Mechanik nicht weniger interessant ist, wenn man sich mit ihren Facetten auseinandersetzt. Meinetwegen such dir ein Lehrbuch zur klassischen Mechanik und leg los (Empfehlung, wenn ausreichend Mathematikkenntnisse vorhanden sind: Landau) oder nimm ein leichtes Lehrbuch zur Quantenmechanik (zum Beispiel Band 3 der Feynman Lectures oder "Quantenmechanik zu Fuß"). Ideal dürfte vielleicht auch "The theoretical minimum" von Leonard Susskind sein, das habe ich aber nicht selbst gelesen und kann es daher nicht wirklich beurteilen.

Ein Thema, bei dem du ganz viel lernen kannst (sowohl mathematisch als auch physikalisch: Fouriertransformation, etwas lineare Algebra, grundlegendes Verständnis der QM) ist vielleicht die Heisenbergsche Unschärferelation bzw. ihre "Herleitung". (eigentlich ist sie ein sehr allgemeines Prinzip, das man nicht herleiten kann, aber die Orts-/Impulsunschärfe für ein Wellenpaket lässt sich sehr wohl aus den Eigenschaften der Fouriertransformation herleiten). In diesem Zusammenhang kann ich "Elementare mathematische Methoden in der Physik" von Björn Pöter empfehlen, wo auch sehr viel Quantenmechanik vermittelt wird.

Feucht von Lipwig · Anmeldungsdatum: 19.09.2013 Beiträge: 122

Ich denke nicht, das man aus Allem den größtmöglichen Nutzen herausquetschen sollte, wie soll man sonst glücklich werden? Ein Hobby muss in erster Linie Spaß machen und man sollte ihm auch nachgehen, egal in welcher Form.

Mit 15 Jahren, d.h. gänzlich ohne brauchbare Mathematik kann man sich der Physik eben nur auf diese Weise nähern. Einen Aufsatz zu verfassen, d.h. sein neu erworbenes Wissen in eigenen Worten zu formulieren, ist wie ich finde keine schlechte Idee.

Zudem kann hier nachhaltig das Interesse an der Physik und der Natur im Allgemeinen erweckt werden. Daher meine persönliche Empfehlung: Wenn du den Aufsatz schreiben möchtest, dann schreibe ihn.

T.rak92 · Anmeldungsdatum: 25.01.2012 Beiträge: 296

Also ich denke nicht, dass es Zeitverschwendung ist sich mit etwas populärwissenschaftlich auseinanderzusetzen. Gerade rechnen lernt man im Studium
schon früh genug. Das Verständnis ist meist das woran es hapert (pers. Beobachtung).
Ich denke allerdings auch, dass man etwas Mathematik machen müsste, aber es gibt auch populärwissenschaftliche Bücher, die das machen z.B. "Thirty years that shook Physics" von Gamow und "Quantum" von Kumar.

(@Jayk Landau erfordert Mathematik, die weit über Schulniveau ist.
Außerdem setzt es schon(implizit) Mechanikkentnisse voraus, weshalb es nicht unbedingt als
erstes Lehrbuch geeignet ist.)

Ich denke Mechanik sollte man, bei geringen Mathekentnissen, aus Halliday lernen.
Wenn du wirklich vorhast Physik zu studieren, würde es dir sehr viel bringen Calculus zu
lernen. Ein gutes Buch dafür ist z.B. Spivak.

Das Buch von Susskind kenne ich nicht, aber seine Vorlesungen zum Theoretical Minimum gibt es auf Youtube und die sind sehr gut (aber mit Mathe).

Die meisten Materialien, die ich genannt habe sind auf Englisch geschrieben (ich weiss nicht ob es Übersetzungen gibt, und ob diese gut sind). Englisch sollte man aber auch lernen, wenn man Physik studieren will.

Jii · Anmeldungsdatum: 03.03.2014 Beiträge: 9

Danke für diese ganzen Informationen. Ich nehme mir eure Ideen zur Hilfe. Ich denke aber ich werde den Aufsatz trotzdem schreiben, denn das kann ja nicht schaden.Die Themen die mir vorgeschlagen wurden, sind sehr interessant und ich hatte auch schon daran gedacht diese Themen mit in den Aufsatz zu nehmen. Allerdings bin ich jetzt auch neugierig auf Bücher geworden und werde mich mal danach umschauen. smile

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Vielleicht ist hier auch etwas Interessantes für Dich dabei:
http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik#Allgemeinverst.C3.A4ndliche_Einf.C3.BChrungen

PS: Ganz allgemein gesprochen sind die Wiki-Seiten meistens auch ziemlich gut (auf englisch nochmal deutlich besser, falls Du Dir das zutraust).

Jii · Anmeldungsdatum: 03.03.2014 Beiträge: 9

T.rak92 --> Ja, der Aufsatz sollte eher zusammenfassend sein, also so, dass ich meine gelerntes an andere weitergeben könnte. Die Themen sind interessant, und Nein, ich habe noch keine höhere Mathematik gelernt. Der Aufsatz sollte nämlich so wenig wie möglich an Mathematik erinnern, da ich es schwer finde so etwas in Wörter zu packen^^
Jayk, meinst du ich würde das Buch Band 3 der Feynman Lectures oder "Quantenmechanik zu Fuß" verstehen?

Jii · Anmeldungsdatum: 03.03.2014 Beiträge: 9

Danke jh8979, ich werde mich mal umschauen! Augenzwinkern

Jayk · Anmeldungsdatum: 22.08.2008 Beiträge: 1450

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Ich halte einen abstrakten, algebraischen Zugang mittels Bra-Ket-Notation (wie im Sakurai) für sehr vorteilhaft. Die wesentlichen Eigenschaften (Überlagerung / Superposition von Zuständen, Interferenz, Verschränkung, Symmetrisierung, Basistransformation / Fouriertransformation ...) werden algebraisch unmittelbar sichtbar.

Wellenfunktionen erscheinen als spezielle, jedoch abgeleitete Größen, wenn man Zustände bzgl. einer speziellen Basis betrachtet.

Man kann so relativ schnell zu einfachen Beispielen übergehen (Materiewellen, freie Teilchen und ebene Welle, deren Impuls und Energie), lernt aber von Anfang an konsequent, was fundamental ist, und was nicht (oder was sogar nur der Anschauung geschuldet ist). Viele Missverständnisse kommen erst gar nicht auf.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Das ist natürlich richtig. Die Frage ist nur, ob das alles dem Wissensstand/dem mathematischen Kenntnissen von Jii gerecht wird.. ich vermute nicht...

Jayk · Anmeldungsdatum: 22.08.2008 Beiträge: 1450

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Klingt interessant; ich habe 't Hooft leider nie persönlich kennengelernt; er ist nicht so bekannt, steht nicht im Rampenlicht, ist aber - soweit ich das gehört habe - eine beeindruckende Persönlichkeit

Jii · Anmeldungsdatum: 03.03.2014 Beiträge: 9

So viele Informationen... Big Laugh

Also ich werde mich mal in der Bücherei umschauen nach ein paar Büchern, die in diese Richtung führen. Was ich allerdings noch dazu sagen muss, ist, dass ich noch keine höheren mathematischen Kenntnisse habe. Und in Physik sind wir auch noch nicht weiter als Elektronen und Photonen. (Das meiste weiß ich dann aber oft schon). An unsere Schule wird so etwas wie Quantenmechanik (oder in Chemie wäre ja noch Quantenchromodynamik ganz angebracht) nicht gelehrt. Also alles was ich weiß bringe oder brachte ich mir selbst bei, deswegen muss ich langsam anfangen und werde eure Tipps mir auf jeden Fall zu Herzen nehmen!

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583