Was ist eigentlich ein Quant? Bitte ganz einfach erklären, da ich in Physik des öfteren krank war und es damals vor fast fünfzig Jahren so etwas noch nicht gab. Ich weiß, dass das was ganz Kleines sein muß. Da ich aber immer etwas von Quantensprüngen höre, bin ich nun ganz verunsichert. Ist das nun ein großer Sprung, oder orientiert sich das mehr an meinen sportlichen Leistungsfähigkeiten?
Gruß an die Runde, Alexander
Was ist eigentlich ein Quant?
Die Bezeichung Quant ist abgeleitet von Quantum und bezeichnet eine nicht teilbare Energieportion. Die wichtigste Eigenschaft von Quanten besteht darin, daß sie Eigenschaften von Wellen und Teilchen in sich vereinen. So können sie einerseits gestreut und gebrochen werden wie Wellen, adererseits können sie aber Stöße auf Teilchen ausüben, wenn sie mit diesen zusammenstoßen.
Prominentestes Beispiel sind die Quanten des Lichtes - die sogenannten Photonen. Die Entdeckung der Photonen beendete ein jahrhundertelanges Rätselraten um die Natur des Lichtes. Da Licht alle Eigenschaften einer Welle trägt, hat man sich zwar schon lange darauf geeinigt, daß es auch eine Welle sein müsse, aber es gab auch bedeutende physiker, die das durchaus anders sahen. So vertrat beispielsweise Isaac Newton die Ansicht, daß Licht aus Teilchen besteht. Da es dafür aber keine Beweise gab, wurde die Korpuskulartheorie Jahrhunderte lang zu den Akten gelegt, bis Einstein den photoelektrischen Effekt nachwies, für den er auch den Nobelpreis erhielt. (Ulkigerweise erhielt er den nobelpreis für den versuch, der die Quantenmechanik begründet, obwohl ihm die Quantenmechanik zeitlebens ein Dorn im Auge war.)
bei Photoelektrischen Effekt passiert folgendes: Wenn Licht auf eine Metallplatte gestrahlt wird, dann werden Elektronen aus der Oberfläche geschlagen und es entsteht ein meßbarer elektrischer Strom. Wichtig ist nun, daß für das herausschlagen eines Elektrons eine bestimmte Mindestenergie überschritten werden muß. Wäre Licht nun eine Welle, so müßte diese Mindesenergie durch Erhöhung der Lichtintensität erreicht werden können. Erstaunlicherweise war das aber nicht der Fall. Statt dessen setzte der Effekt nur oberhalb einer bestimmten Frequenz ein. Das aber bedeutete nichts anderes, als daß die Energie des Lichtes nicht auf Wellen verteilt war (wie man es beispielsweise bei Wasser gewohnt ist), sondern aus kleinen Portionen besteht, die jeweils eine ganz bestimmte Energie haben. Diese Portionen konnten aber auch keine Teilchen sein, weil das Licht bekanntermaßen auch Welleneigenschaften hat. Folglich handelte es sich bei Licht um etwas völlig anderes, für das es in der makroskpischen Welt keine Parallele gibt. Diese Erkenntnis führte zur Entwicklung eines der wichtigsten Bereiche der Wissenschaft - der Quantenmechanik, welche nicht nur Licht, sondern die Eigenschaften aller mikroskopischen Obkjekte beschreibt.
Ich weiß, dass das was ganz Kleines sein muß.
Da ich aber immer etwas von Quantensprüngen höre, bin ich nun ganz verunsichert.
Das wird nun richtig kompliziert. Aber eines vorne weg: Mit der Bezeichung „Quantensprung“ greifen fast alle vollkommen daneben. Es ist nämlich nichts Großes, sondern eher das kleinste, was man sich vorstellen kann.
Um das zu erklären muß man die Heisenbergsche Unschärferelation bemühen. Die hat wie eine Bombe in die Welt der Wissenschaft eingeschlagen und besagt, daß Ort und Impuls sowie (was in unserem Fall noch wichtiger ist) Zeit und Energie eines Objektes nicht mit beliebiger Genauigkeit bestimmbar ist. Da es in der Wissenschaft (im Gegensatz zur Religion) nicht zulässig ist, Theorien zu entwickeln, die nicht Überprüfbar sind, mußte eine Theorie her, welche diese Größen nicht unabhängig voneinander verwendet. Dies leistet die Quantenmechanik, welche einem Elektron, in der Nähe eines Atomkerns beispielsweise keine Bahn sondern Orbitale zuordnet, welche die Wahrscheinlichkeit dafür angeben, das Elektron an einem bestimmten Punkt im Raum anzutreffen.
Das Elektron kann sich dabei theoretisch in einem von beliebig vielen verschiendenen Orbitalen aufhalten, welche sich in den sogenannten Quantenzahlen unterscheiden. In unserem Fall interessiert uns nur die Hauptquantenzahl, welche die Energie des Elektrons angibt. Diese Quantenzahl ist ganzzahlig, was bedeutet, daß das Elektron nicht jede beliebige Energie haben hann, sondern nur diskrete Energiezustände erlaubt sind. Nehmen wir nun an, das Elektron sitzt in einem Orbital der Hauptquantenzahl n=1 und wird von einem Photon getroffen, dessen Energie der Energiedifferenz zwischen dem aktuellen Energiezustand des Elektrons und dem Orbital der Hauptquantenzahl n=2 entspricht, dann kann das Elektron in dieses höhere Orbital welchseln.
Nun haben wir aber zuvor festgestellt, daß das Photon nicht teilbar ist und seine Energie daher nur auf einem Schlag losweden kann. Zudem kann das Elektron keinen Energiezustand zwischen n=1 und n=2 einnehmen. Es bleibt ihm also nichts anderes übrig seine Energie und damit die Orbitale übergangslos zu wechseln. Dies ist der vielzitierte Quantensprung.
Hallo,
Mr.Stupid hat das sehr schön und ausführlich erklärt. Etwas stärker vereinfacht und verkürzt, dafür vielleicht besser zu merken:
Ein Quant ist die kleinste Münze in der Währungseinheit der Energie. Ein Energiebetrag kann also nur ein ganzzahliges Vielfaches dieser Einheit sein, und sich auch nur um ein solches ändern. Genauso wie sich den Barvermögen (wenn wir mal krumme Wechselkurse ausser acht lassen, nur um ganzzahlige Vielfache eines Pfennigs ändern kann. Sozusagen um Pfennigsprünge.
Grüsse,
HastaLavista
Das war eine wunderbare Antwort!
Mr. What? -Stupid? - not at all.
Ganz beeindruckt, Alexander
Tach HastaLavista,
ganz so pauschal kannst du das nicht sagen, den es existieren quarks, welche 1/3 bzw 2/3 (jeweils pos wie neg) der Elementarladung tragen.
ciao slam
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ganz so pauschal kannst du das nicht sagen, den es existieren
quarks, welche 1/3 bzw 2/3 (jeweils pos wie neg) der
Elementarladung tragen.
Sind 1/3 und 2/3 etwa keine ganzzahligen Vielfachen von 1/3?
Ein Quant ist die kleinste Münze in der Währungseinheit der
Energie.
Nicht nur Energie.
Auch die kleinste Impulsmuenze, Drehihmpulsmuentze etc.
Du kannst jede physikalische Groesse hernehmen.
MEB
Und was ist mit den Leptonen Mesonen und Quarks?
die wollen wir Doch nicht vergessen, schließlich gehts auch noch kleiner.
Tschau Stephan