Was ist ein Quant?

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

Meine Frage:
Es gibt eine physikalische Quantentheorie. Aber es fehlt eine Definition von "Quant", oder?

Meine Ideen:
Meine Definition ist:
Physikalische Quanten sind komplexe Zahlen.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

Hallo,
danke für deine Reaktion auf meine Frage.

Mir ist wichtig zu sagen:
Ich bin kein Techniker, der lernen will, wo und wie ICH die Quantenmechanik praktisch brauchen kann. Ich will (nur) etwas besser verstehen, wie Physiker (zur Zeit) den Begriff „Quant“ bei ihrer Benutzung der Quantentheorie verwenden.

Danke für den Hinweis auf http://de.wikipedia.org/wiki/Quant.

Bei dem dortigen Definitions-Versuch wird eingeschränkt auf:
„Quant ist ein Objekt, das durch einen Zustandswechsel in einem System mit diskreten Werten einer physikalischen Größe, meist Energie, erzeugt wird“.

Wie das gemeint ist, glaube ich zu verstehen.

Daraus folgt dann für den Verfasser:
Der Begriff „Quant“ wird NICHT zur Beschreibung der atomaren Struktur der Materie verwendet, „obwohl auch hier eine kleinste Mengeneinheit (Quantelung) auftritt“.

Sehe ich demnach richtig:
1. Ein Proton ist ein Quant, ein Elektron ist kein Quant?

Darf ich daraus folgern:
2. Die Quantentheorie ist für die Beschreibung von Elektronen-Bewegungen nicht zuständig?

Dir ein sonnig-warmes Wochenende,
Wuzzi

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 305

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Am besten versteht man die Quantenmechanik, wenn man sich zunächst gar nicht auf die Entstehungsgeschichte (Bohrsches Atommodell) und die Begriffe (Quant, Welle-Teilchen-Dualismus, ...) einlässt, sondern versucht, zu verstehen, mit welchen mathematischen Methoden die Quantenmechanik experimentell überprüfbare Vorhesagen macht.

Dann wird man feststellen, dass einige der Begriffe in der modernen QM keine Verwendung finden und tatsächlich völlig überflüssig sind (außer für Autoren populärwissenschaftlicher Bücher, die Geld verdienen wollen). Andere Begriffe bleiben erhalten, jedoch in einem anderen Kontext oder mit einer anderen, sehr präzisen Bedeutung (Unschärfenrelation, Quantenzustand), die jedoch von den teilweise verbreiteten Bedeutungen abweicht.

Insofern ist z.B. die Frage nach der Definition des Begriffs "Quant" völlig irrelevant:

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

Danke Günther, dass du meinen Schreibfehler bemerkt und in meinem Sinn verbessert hast.

Ich sehe demnach richtig: Wenn man die Definition von „Quant“ übernimmt, die der Verfasser von http://de.wikipedia.org/wiki/Quant formuliert, gilt:

„Ein Photon ist ein Quant, ein Elektron ist kein Quant“

1. Erstaunlich:
Die erste Definition von „Quant“, die mir hier im Physikerboard vorgeschlagen wurde, ist offenbar unbrauchbar.
Denn offensichtlich ist die Quantentheorie auch zuständig, wenn es zum Beispiel darum geht, das Verhalten von Elektronen beim Durchtritt durch einen Doppelspalt zu beschreiben. - (und zu verstehen?) -

2. Ein Zweites finde ich erstaunlich:
Günther schlägt mit http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenobjekt eine Wikipedia-Seite vor, die es noch gar nicht gibt; die zwecks Definition des Begriffs „Quantenobjekt“ erst noch geschrieben werden müsste.

3. Ich finde toll, dass ich eure Plattform gefunden habe, wo man sich offen miteinander austauschen kann.
Ich finde toll, dass sich sofort sogar zwei Moderatoren mit Bedacht um mich Kücken kümmern. Ein Danke euch!

Herzlich
Wuzzi

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

Hallo jh8979,

danke für dein Bedauern, dass du mir zunächst einen „ziemlich schlechten“ Wiki-Artikel empfohlen hast.

Auch ich finde die jetzt von dir empfohlene englische Version

http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum

echt weiterführend. Dieser Artikel macht ja auch zweifelsfrei deutlich, dass das lateinische und englische Wort „Quantum“ (was dem deutschen „Quant“ entspricht) in der englischsprachige Fachliteratur vielfach üblich war und noch ist.
Vermutlich wird das deutsche Wort "Teilchen" und das englische Wort "Quant(um)" oft strikt synonym gebraucht.
Weil dem vermutlich so ist, verstehe ich leider noch nicht ganz, warum du in einem früheren Beitrag urteilst, „Quanten“ wären - merkwürdigerweise - allein bei Autoren üblich, die mit ihrem Schreiben nur Geld verdienen wollten.

Mir geht es natürlich nicht nur um Worte. Ich will nur etwas genauer wissen und verstehen, wie Physiker ihre Worte gebrauchen.
Natürlich kann ich jeden tolerieren, den solches Verstehen nicht interessiert; und der vielleicht deshalb mein Nachfragen als irrelevant empfindet.

Darf mir in diesem Zusammenhang einfallen ein Satz des Physikers und Nobelpreisträgers Max Born? Er schrieb privat an seinen Kollegen Albert Einstein "... Die Quanten sind doch eine hoffnungslose Schweinerei ...".

Sehen und verstehen manche Physiker auch im Jahre 2015 den Background ihres fantastisch gut funktionierenden Kalküls der Quantenmechanik immer noch so hoffnungslos wenig wie vor Jahrzehnten die Entdecker der Quanten und ihrer Mechanik?
Ein solche Form positivistischen Denkens einiger heutiger Physiker und ihre Resignation ist mir fremd.

Ich schlage vor, wir benutzen hier die Worte Quant, Quantum, Teilchen synonym mit Quanten-Objekt. Dann bleibt zu fragen, wie eine Definition für diesen Begriff lautet, der jeden von uns (voll) befriedigt.
Wuzzi

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

sdfsdf · Gast

ein quant ist doch einfach nur ein objekt welches auf dem welle-teilchen-dualismus aufbaut oder ?

zb ein photon ..

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

Vorab ein herzliches Danke, dass beide Moderatoren sich nicht gescheut haben, in zwei ansehnlichen Versuchen - allein in Worten - zu definieren, wie sie ein Quanten-Objekt beschreiben bzw. verstehen.

1) ih8979 schrieb:
„Der entscheidende Punkt ist, das Physiker das Wort „Quant“ im Sinne von „ein Quant ist …“ schlicht nicht (mehr?) benutzen“

Dein eigenes Sprech-Verhalten - und das -Verhalten von TomS - bei unserem Dialog widerspricht schlicht dem in diesem Zitat von Dir Behaupteten. Bei euch lese ich IST-Aussagen, die z.B. so lauten

1. Ein Quantenobjekt IST ein Zustand.
2. Ein Quantenobjekt IST die Änderung eines Zustandes
3. Ein Quantenobjekt IST die Anregung eines Feldes.
4. Ein Quantenobjekt IST ein sehr abstraktes mathematische Objekt.

Also darf ich festhalten:
Auch heute machen und benutzen Physiker IST-Aussagen.

Leider finde ich meinerseits solche in euren Augen modernere IST-Aussagen recht angreifbar.
Vgl. Beispiel 4:
Ein Elektronen-Quant beispielsweise ist und bleibt für mich ein physikalisches Objekt, wie ja die Bezeichnung „(Quanten)Objekt“ sagt, auf die wir uns geeinigt haben.

Eines hat sich wunderbar schon seit Jahrhunderten praktisch bewährt:
Mathematische Objekte kann man gut und vielfach benutzen, um ein physikalisches Objekt und sein Verhalten zu beschreiben. Aber mir gefällt gar nicht, wenn eine Sprache sehr verschlammt gebraucht wird, indem man zwei sehr verschiedenen Objekte unbedacht identifiziert.
Denn ein „mathematisches Objekt“ und ein „physikalisches Objekt“ sind vor meinem geistigen Auge zwei prinzipiell verschiedene Objekte.

2) TomS fragte:
„Warum muss man den Begriff „Quant“ definieren, um das Doppelspaltexperiment mit Elektronen zu beschreiben?“

Ich frage umgekehrt:
Ist es deshalb so schwer, das Verhalten der Natur z.B. bei Doppelspalt-Experimenten befriedigend zu verstehen, weil die Physiker zwar bereits ein brauchbares rein-mathematisches Konzept von einem Elektronen-Quant haben;
aber noch keinen anschaulich-geometrischen Begriff besitzen von einem solchen Quanten-Objekt?

3) jh8979 behauptete:
„Für alle praktischen Zwecke … kannst Du Dir ein Teilchen durchaus wie eine kleine Kugel mit bestimmter Masse, Ladung, Impuls, Energie, etc. vorstellen“

Ach ja? Das ist wirklich deine Überzeugung?
Darüber würde ich mich gerne mit Dir (und anderen hier) genauer auseinander setzen dürfen.

Nicht vergessen will ich, Dir, sdfsdf, herzlich zu danken für deinen mutigen Einwurf

„ein Quant ist doch einfach nur ein objekt welches auf dem welle-teilchen-dualismus aufbaut, oder?“

Natürlich - da gehe ich mit TomS völlig einig - verstehe auch ich nicht, was du meinst, wenn du - zu salopp? - formulierst „ein Quanten-Objekt baut auf dem Welle-Teilchen-Dualismus auf“.

Aber vielleicht finden wir - auch noch im Jahre 2015 und hier - gemeinsam ein Verständnis für den Begriff „Welle-Teilchen-Dualismus“, dem alle, - auch TomS und ich - zustimmen können, weil er in den Augen aller konsistent und brauchbar ist.

Herzlich
Wuzzi

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

Danke, jh8979; danke, TomS, dass unser Dialog an Tiefe gewinnt.
Das steigert meine Hoffnung, dass ich im Gespräch mit euch Schritt für Schritt Wesentliches dazulerne, trotz meiner und eurer - in vermutlich vieler Hinsicht unterschiedlichen - Voraussetzungen, bezüglich der Lern- und Lehr-Erfahrungen; bezüglich der nach und nach gewonnenen Grundüberzeugungen darüber „was die Welt im Innersten zusammenhält“.

Ich war zunächst ein wenig neugierig, wie ihr beide euer Moderatoren-Amt auf diesem Physikerboard verwaltet. Fraglos fühlte ich dabei auch Neid auf zwei solch qualifizierte jüngere Leute. Dies vermutlich, weil bereits seit einigen Jahrzehnten Traurigkeit in mir nagt, dass mir mein Leben ein fundiertes Studium der mathematischen Grundlagen der Theoretischen Mikrophysik - während meines Studiums und in den Jahrzehnten danach - nicht detailliert und hinreichend genug erlauben wollte. Aber ich teile mit euch die intensive Liebe zur Mathematik.

Inzwischen bin ich sicher: Wenn ihr zeitweise nichts von mir hört (genauer: nichts lest), liegt es nicht daran, dass es für mich hier nichts mehr zu lernen gibt. Es liegt daran, dass ich selbständig und nur allein denken und dazu lernen will; oder zunächst nachgehen mag euren Hinweisen auf Bücher und Artikel im Internet, die mir für mein Weiterkommen wichtig erscheinen.

Gehört habe ich eure Mahnung, mich um EURE mathematische Sprache zu kümmern, weil sich sonst bei euch das Urteil bilden/verstärken könnte, dass ihr im Gespräch mit mir nichts mehr dazulernen könnt. Okay.

Mir gefällt auch, dass ihr Mathematik als eine SPRACHE auffassen wollt. Dieses Physikerboard möge mir deshalb eine stufenweise Rückkehr erlauben zur Frage „Was ist ein Quant (= Quanten-Objekt)?“:

Offensichtlich gibt es viele menschliche Sprachen (Im Gegensatz zur Bibel sehe ich darin keine Sünde). Die Kunst ist nur, für jeden Gegenstand und jedes Thema die passende/optimale Sprache zu finden, passend für die beteiligten Menschen, passend für ihr gemeinsames Thema.

Wenn Menschen sich verständigen wollen, müssen sie eine gemeinsame Sprache finden, zum Beispiel:

+ Merkel und Putin haben in meinen Augen eine gute Chance, eine gemeinsame Sprache zu finden: Sie hat Russisch, er hat Deutsch gelernt. Aber dennoch teile ich mit vielen Menschen in Europa die Angst und Sorge, dass diese beiden Politiker kein wechselseitiges Verständnis so finden, dass Frieden gefunden und erhalten bleibt.
++ In Rom sprachen und sprechen Benedikt und Franziskus offensichtlich sehr unterschiedliche Sprachen, obwohl sie beide in lateinischer Sprache gelernt haben, ihren Glauben zu buchstabieren. Aber dennoch waren und sind sie anscheinend beide bemüht, dieselbe Wahrheit zu verkünden.
+++ Alexander Unzicker und ich teilen das Empfinden, dass in den letzten Jahrzehnten die ideelle, institutionelle und finanzielle Förderung der physikalischen Wissenschaft einseitig auf einem Weg so verfolgt wurde, dass diese Wissenschaft in einer Sackgasse zu landen droht. Aber Alexander Unzicker und ich versuchen mittels sehr unterschiedlichen Sprachen, unser Empfinden auch Dritten klar zu machen.
++++ Einstein und Bohr fanden zeitlebens keine gemeinsame Sprache. Aber ohne Frage teilten sie die Liebe zur Mathematik und den leidenschaftlichen Wunsch, physikalischen Wahrheiten näher zu kommen.
+++++ Ohne Frage hat es seinen guten Sinn, die Bewegung eines Massen-Punktes unter Benutzung eines Punktes in einem VIER-DIMENSIONALEN Raum zu denken, wie die guten Erfahrungen bei der Anwendung der Relativitäts-Theorien beweisen. Aber das ändert nichts daran, dass sich ein Erd-Satellit (ohne/mit menschlicher Besatzung) in einem DREI-DIMENSIONALEN natürlichen Raum bewegt.
++++++ Ohne Frage hat es seinen guten Sinn, dass sich theoretische Physiker VIEL-DIMENSIONALER Räume bedienen, um das Verhalten eines Quanten-Objektes zu denken. Aber das ändert nichts daran, dass sich ein Elektron bei der Durchführung eines Doppelspaltversuchs im natürlichen DREI-DIMENSIONALEN Raum befindet (indem der Experimental-Physiker beobachtend auf seinem Stuhl sitzt)

Herzlich
wuzzi

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Ich habe das Gefühl wir verlassen hier den gemeinen Pfad der Erkenntnis wieder... die Tatsache, dass Alexander Unzicker genannt wird, ist ein riesiges Warnsignal....

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Blenden wir bitte Unzicker, Forschungsgelder etc. aus und konzentrieren uns auf etablierte Physik, OK?

wuzzi · Anmeldungsdatum: 29.05.2015 Beiträge: 8

In der von TomS vertretenen Auffassung eines Quanten-Objektes finde ich keinen Widerspruch zu meinem Bild, das ich im folgenden beschreiben will. Mich freut sein Versuch einer präzisen Sprache: Er formuliert „Ein Teilchen ENTSPRICHT einem Quantenzustand“, er vermeidet, zu sagen: „Ein Teilchen IST ein Quantenzustand“. Danke!

Hier zunächst eine Zusammenfassung der für mich wichtigen bisheriger Ergebnisse auf unserem Forum:

1. „Was ist ein Quant?“. Alles was mir wichtig ist, lässt sich weniger missverständlich auch anhand der Frage diskutieren „Was ist ein Quantenobjekt?“.

Diese Formulierung meiner Frage scheint passender, weil Worte wie „Quant“ und „Quantum“ vielen historisch zu vorbelastet erscheinen: Diese Worte - wie auch das Wort „Teilchen“ - können einen Anfänger, der den Formalismus der Quantentheorie zu verstehen sucht, leicht in die Irre führen. Okay.

2. Es ist begrifflich zu unterscheiden zwischen einem physikalischen Objekt und einem mathematischen Objekt.

TomS meint mit mir: Dies sehen die meisten Physiker so, wenn man von einer extremen Auffassung absieht, wie sie beispielsweises kürzlich Max Tegmark zu vertreten suchte in seinem Buch „Unser mathematisches Universum. Auf der Suche nach dem Wesen der Wirklichkeit. Ullstein“.

3. Mein Beitrag am 3. Juni 2015 wollte klar stellen:
Jedes physikalische Objekt ist ein Objekt im natürlichen DREI-dimensionalen Raum.
Dies ist der Fall, auch wenn einerseits die relativistischen Theorien Einsteins die Bewegungen eines Massenpunktes unter Verwendung einer VIER-dimensionalen Struktur beschreiben; und wenn andererseits die Quantentheorie zur formalen Beschreibung von Quantenobjekten VIEL-dimensionale Strukturen benutzt.

Bei Punkt 3 wurde mir bis heute nicht widersprochen, so dass ich im folgenden auch davon ausgehe.

++++++++++++++

Basierend auf diesen Punkten 1 − 3 will ich erklären:

Es ist ein brauchbarer heuristischer Gesichtspunkt, sich vorzustellen, dass Objekte der Quantentheorie komplexe Zahlen sind.

Diese Auffassung der komplexen Zahlen ist möglich geworden, weil es seit Anfang unseres Jahrhunderts eine zweite, nicht-klassische geometrische Deutung dieser Zahlen gibt.
Traditionell werden diese geometrisch aufgefasst als PUNKTE einer euklidischen Ebene (Gauß/Argand-Ebene). Ich dagegen will zugrunde legen die geometrische Deutung dieser Zahlen als Grundgebilde der Moebius-Geometrie. In dieser Geometrie kann eine komplexe Zahl nicht nur als Punkt aufgefasst werden sondern auch als eine geometrische Grundfigur, die eine KUGELIGE GESTALT hat. Bei der physikalischen Deutung dieses KONFORMEN TRIANGLES ist das sogenannte Peking-Poster hilfreich. Mit ihm wurde 2002 in China (Pekinger Mathematiker-Tagung) diese geometrische Basisfigur als TETRAGLOBE vorgestellt:

http://www.natural-geometry.de/site/3_tetraglobe.html

Ich bitte, die Darstellungen des TETRAGLOBE in diesem Poster zusammen mit den dortigen Erklärungen unserer Diskussion der Frage „Was ist ein Quanten-Objekt?“ zugrunde zu legen.

In Weiterführung der auch dort im Jahre 2002 bereits anklingenden physikalischen Deutung will ich hier zunächst folgenden mir wichtigen Gesichtspunkt hervorheben:
Obwohl die neuere theoretische Physik vielfach nicht-euklidische geometrische Strukturen formal benutzt, denkt Einstein in seinen beiden relativistischen Theorien den 3-dimensionalen Orts-Raum des lokalen Beobachters immer als einen klassisch-euklidischen Raum.
Dies ist auch festzuhalten für den Beobachter mikrophysikalischer Phänomene: Der natürliche makrophysikalische Raum des messenden Beobachters ist immer ein 3-dimensionaler klassisch-euklidischer Raum.

Das hindert uns aber nicht an der Vorstellung (der Hypothese), dass jedem Raum, in dem ein Beobachter sitzt, ein nicht-euklidisch konformer Raum ZUGRUNDE liegt, in dem sich die mikrophysikalische Welt „in Wirklichkeit“ abspielt.

Hält man an dem Vorurteil fest, dass sich alle mikrophysikalischen Phänomene in einem (komplett) EUKLIDISCH strukturierten natürlichen dreidimensionalen Raum abspielen, erscheint uns vieles als scheinbar widersprüchlich; manchmal als geradezu „spukhaft“ (Einstein).
Diese - unserer traditionellen Anschauung zuwider laufenden - physikalischen Mikro-Phänomene verschwinden aber vor unserem geistigen Auge, wenn wir uns an die uns fremde geometrische Struktur des dreidimensionalen Moebius-Raums hinreichend gewöhnt haben, welcher der euklidischen Struktur dieses Raumes ZUGRUNDE liegt. Erst der beobachtend messende Mensch ERGÄNZT den nicht-euklidisch konformen Raum zu einem „komplett euklidisch strukturieren“ Raum.

++ Eine Größer-Kleiner Relation ist für komplexe Zahlen nicht definierbar.
Ein kugeliges Moebiussches Quantenobjekt (Quantum, Moebius-Teilchen) ist weder groß noch klein.

++ Längen-metrische Begriffe kennt die Moebius-Geometrie nicht, als fundamentaler metrischer Begriff existiert in ihr allein der Winkel-Begriff.

++ In der Moebius-Geometrie ist der Unterschied zwischen Geraden und Kreisen verschwunden.

++ Ein Moebiusscher Tetraglobe ist in sich dual bezüglich seiner 4 Punkte und seiner 4 Kreis-Geraden; bezüglich seiner 4 Punkte und seiner 4 Triangle-Flächen.

Wir sind gemeinsam mehr als jeder einzelne. Finden wir in diesem physikalischen Forum mittels der Moebius-Geometrie ein vertieftes Verständnis des Dualismus, des Confinement, der Verschränkung!

Herzlich
wuzzi

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079