Quantenphysik im Alltag

Wissenschaft Physik
#1

Moin Quantenphysiker,

gestern unterhielt ich mich mit einem recht religiösen Herren über Gott und die Welt (gewolltes Wortspiel) und es stellte sich heraus, daß er die Relativitätstheorie und die Quantenphysik als absurd ablehnte.

Daraufhin gab ich ihm einige Effekte zum Besten, die sich (nach meinem Wissen) nur mit Quanten erklären/beschreiben lassen

Laser
Supraleitfähigkeit
Suprafluidität
Photoeffekt
Schwarzer Strahler
Tunneleffekt

Mehr fiel mir auf die Schnelle nicht ein.
Könnt ihr mir auf die Sprünge helfen und für die Zukunft noch einige Effekte nennen, die sich nur per Quantenphysik befriefdigend erklären lassen? Sozusagen Quantenphysik des Alltags.

Gandalf

#2

Hallo,

gestern unterhielt ich mich mit einem recht religiösen Herren
über Gott und die Welt (gewolltes Wortspiel) und es stellte
sich heraus, daß er die Relativitätstheorie und die
Quantenphysik als absurd ablehnte.

Daraufhin gab ich ihm einige Effekte zum Besten, die sich
(nach meinem Wissen) nur mit Quanten erklären/beschreiben
lassen

Naja, ohne QM kann man an Aufbau der Atome und Moleküle nicht erklären - d.h. die komplette Biologie und Chemie sind eine Anwendung der QM.

Laser
Supraleitfähigkeit
Suprafluidität
Photoeffekt
Schwarzer Strahler
Tunneleffekt

Alles richtig.

Eher Anwendungsbezogen:
Computer.
Ohne QM wären Halbleiter nicht erklärbar.

Wenn du noch ein Beispiel für die allgemeine Relativitätstheorie brauchst: GPS.

Grüße,
Moritz

#3

Hallo!

gestern unterhielt ich mich mit einem recht religiösen Herren
über Gott und die Welt (gewolltes Wortspiel) und es stellte
sich heraus, daß er die Relativitätstheorie und die
Quantenphysik als absurd ablehnte.

Au, da wär’ ich gern dabei gewesen…

Daraufhin gab ich ihm einige Effekte zum Besten, die sich
(nach meinem Wissen) nur mit Quanten erklären/beschreiben
lassen

Laser
Supraleitfähigkeit
Suprafluidität
Photoeffekt
Schwarzer Strahler
Tunneleffekt

Das sind ja nicht unbedingt Beispiele aus dem „Alltag“. Aber Du kannst Die Beispiele leicht mit Leben füllen:

Farben von Gegenständen (Absorptionssspektren)
Stabilität der Materie (Ohne Pauli-Prinzip müsste jede Form von Materie in sich zusammenstürzen)
Ferro-Magnetismus (Es gibt keinen klassischen Grund, warum Eisen, Kobald und Nickel so viel magnetischer sein sollten als alle anderen Stoffe)
Magnetresonanztomographie
Flachbildschirme (egal ob Plasma oder LCD)
Die komplette Chemie (Bindungstheorie, warum kann ein Sauerstoffatom nur zwei Wasserstoffatome binden?)
Ozon-Schicht (Absorption von UV-Licht)
Natrium-Dampflampen (Gelbe Straßenlaternen; Wenn man drauf achtet ist es echt verblüffend. Mein letztes Auto war rot, bzw. grau wenn es unter einer gelben Lampe parkte)

Ich denke, das reicht fürs erste.

Zugegeben, schwieriger wird es Beispiele für die Knackpunkte der Quantenphysik zu finden (Unschärferelation, Nichtlokalität, Welle/Teilchen, …).

Michael

#4

Hallo Michael,

Au, da wär’ ich gern dabei gewesen…

Jau, war spaßig :wink:

Aber
Du kannst Die Beispiele leicht mit Leben füllen:

genau

Laser

CD/DVD

Supraleitfähigkeit

Starke Magnete, z.B. für die von Dir genannten NMR-Tomographen

Suprafluidität

Da fällt mir jetzt nichts vernünftiges ein

Photoeffekt

Photovoltaik

Schwarzer Strahler

Glühbirne

Tunneleffekt

Der große Glockner Tunnel

Und danke für die anderen Beispiele

Gandalf

#5

Hallo Moriz,

Naja, ohne QM kann man an Aufbau der Atome und Moleküle nicht
erklären - d.h. die komplette Biologie und Chemie sind eine
Anwendung der QM.

das war mir soweit klar, aber das wäre zu abstrakt für den guten Herrn gewesen

Eher Anwendungsbezogen:
Computer.
Ohne QM wären Halbleiter nicht erklärbar.

Stimm, gutes Beispiel - danke

Wenn du noch ein Beispiel für die allgemeine
Relativitätstheorie brauchst: GPS.

Das hab ich auch gebracht, ist schließlich ein Klassiker :wink:

Gandalf

#6

Hallo Gandalf,

Tunneleffekt

Der große Glockner Tunnel

Neben diesem wären EPROM und FLASH-Speicher (Memory-Sticks, und alle die Speicherkarten in dem MP3-Playern und den Digi-Cams) zu nennen.

MfG Peter(TOO)

#7

Hallo zusammen.

Wenn du noch ein Beispiel für die allgemeine
Relativitätstheorie brauchst: GPS.

Ich dachte eigentlich ich wüsste wie GPS funktioniert. So von Wegen Synchrone Uhren und aus der Zeitdifferenz der Empfangenen Signale kann ich meine Position errechnen. Aber was hat das mit der Relativitätstheorie zu tun?
Was hab ich verpasst?

Schon mal Dank für die Erleuchtung :smile:
Ferdinand

#8

Hallo.

Wenn du noch ein Beispiel für die allgemeine
Relativitätstheorie brauchst: GPS.

Ich dachte eigentlich ich wüsste wie GPS funktioniert. So von
Wegen Synchrone Uhren und aus der Zeitdifferenz der
Empfangenen Signale kann ich meine Position errechnen. Aber
was hat das mit der Relativitätstheorie zu tun?
Was hab ich verpasst?

GPS funktioniert ja mittels Positionsbestimmung über 3 Satelliten. Und die Signale, die da hin und her geschickt werden, bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit ©, woraus man dann die Entfernung berechnen kann, wenn man die Zeit kennt (, die zur Bewältigung der Strecke nötig ist). Und dann kann man ja entsprechende Informationen übermitteln. Soweit so gut.
Nun stehen die Satelliten aber nicht still und auch die Erde selbst rotiert. Nach der ART heißt es, dass sich Uhren in einem Gravitationsfeld gleich verhalten, wie bewegte Uhren, also langsamer gehen (zu einem entsprechenden Inertialsystem). Hinzu kommt noch die Rotverschiebung, die halt im Frequenzbereich Änderungen hervor bringt (Signale sind Wellen, die sich mit c ausbreiten).
Beides muss da also mit Hilfe der ART richtig umgerechnet werden.
Ohne RT wäre der Fehler bei 500 Metern pro Stunde.

Gruß,
Jari

#9

Hallo Jari,

der Einfluss der relativistischen Effekte auf die GPS-Signale existiert.
Da der (normale) Empfänger aber keine Atomuhr hat, berechnet er seine Zeit selber aus den Signalen, was einen 4. Satelliten erfordert.
Dabei heben sich die relativistischen Effekte heraus!
siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Aber die Bodenstation muss m.E. die Effekte beim Stellen der Satellitenuhren berücksichtigen.

Gruss Albert

#10

Wieder was gelernt
Hallo Jari und Albert.

Hab ich wieder was gelernt. Danke euch :smile:

Gruß,
Ferdinand

#11

Hallo!

Dabei heben sich die relativistischen Effekte heraus!
siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

Könntest Du - wenn Du schon eine Quelle angibst - diese auch genau lesen?

Zitat: „In einer Flughöhe von ca. 3000 km heben sich beide Effekte gerade auf, in der GPS-Satellitenbahn überwiegt der gravitative Effekt um mehr als das 6-fache.“

Michael

#12

Hallo

Tunneleffekt

Der große Glockner Tunnel

Ist zwar etwas weiter weg, betrifft uns aber doch wesentlich :

http://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt#Kernfusion…
( Kernfusion in der Sonne erst durch Tunneleffekt möglich )

Grüsse,

Uwe P.

#13

Hallo Michael,

ich bin weder auf dem Gebieten ART noch GPS Experte.
Aber in Wikipedia (und anderen Quellen die ich jetzt nicht greifbar habe) geht es darum dass die relativistischen Effekte (1) - unterschiedliche Geschwindigkeit von Sender und Empfänger- und (2) - Sender und Empfänger befinden sich in unterschiedlichen Gravitationspotential- natürlich existieren.
Der Nachweis der Effekte am Boden erfordert aber auch beim Empfänger eine genaue Atomuhr.

Wenn der Empfänger keine Atomuhr hat und die Zeit aus den Satellitensignalen ableitet, heben sich - lt. meinen Quellen - die relativist. Effekte bei der Positionsbestimmung heraus.
(im Wikipedia-Text 3 Zeilen weiter)

Ich habe das hier angebracht, weil sehr viele Veröffentlichungen über GPS den großen Positionsfehler durch die nicht berücksichtigte relativist. Effekte herausstellen, das realisierte Verfahren vermeidet diese Fehler aber geschickt.
Die Betreiber der Systeme müssen natürlich die relativist. Effekte berücksichtigen.

Gruss
Albert