Hallo!
Was hat es eigentlich, konkret im Sinne der Physik, mit dem Quantensprung auf sich?
Ich bin sehr auf die Antworten gespannt.
Vielen Dank im voraus.
Tschüß
Lothar Boettcher
man muss das rad ja nicht immer wieder neu
erfinden.
schau mal dahin:
http://www.desy.de/Kworkquark
oder
tp://www.physik.uni-erlangen.de/didaktik/gdt/gdt.htm
michaela
Was hat es eigentlich, konkret im Sinne
der Physik, mit dem Quantensprung auf
sich?
Eine Frage des Verstaendnisses und der
„Philosophie“ der Quantenphysik. Ganz
einfach ausgedrueckt, aber auch sehr
trocken, ist folgendes: Die Quantentheorie
versucht nicht, irgendwelche Dinge zu
beschreiben, wie das zum Beispiel die
Mechanik tut. Die Quantentheorie beschreibt
Wechselwirkungen, Messresultate bei
bestimmten Experimentieranordnungen.
Bsp. um das zu verdeutlichen:
Mechanik: Man betrachte einen Koerper und
beobachte/berechne, welche Flugbahn er
beschreibt, wenn er geworfen wird.
Quantentheorie: Ich erbaue mir eine
Anordnung, mit der ich radioaktive Strahlung
messen kann (z.B. einen Geigerzaehler) und
ich erhalte das typische Knistern, wenns
strahlt. Im Sinne von Berechnung: Bei
vorhandener Radioaktivitaet ist die Wahr-
scheinlichkeit, das es knistert,
berechenbar. Ich erhalte jedoch keine
Informationen darueber, wann genau ein
„radioaktives Partikel“ auf den
Geigerzaehler trifft.
In dem Sinne ist jede Messung ein Quanten-
sprung. Vorher ist nur die
Wahrscheinlichkeit, dass ein Partikel auf-
treffen kann, bekannt. Wenn ich ein Knistern registriere, dann ist aus der
Wahrscheinlichkeit Gewissheit geworden.
Das wird als Quantensprung verstanden.
Wie gesagt, man muss sich dazu von der
Vorstellung loesen, dass in der Quanten-
theorie das Verhalten von Koerpern studiert
werden koennte.
MEB
Hi Lothar 
Einen „Quantensprung“ kann man auf zwei Arten erhalten: Durch eine Messung oder durch Energieabsorption/-emission.
Nimm z.B. mal ein einfaches Proton, also den Kern eines Wasserstoff-Atoms. Dieser rotiert mit dem Drehimpuls +/- h/(4*pi) entweder linksläufig (+) oder rechtsläufig (-) um seine Achse (Spin). Das wissen wir. Wir wissen aber nicht, in welche Richtung diese Achse zeigt und ob die Drehung nun links- oder rechtsläufig ist. Das Proton befindet sich in einem unbestimmten Zustand.
Wenn wir jetzt den Drehsinn messen wollen, müssen wir zunächst wissen, in welche Richtung die Drehachse überhaupt zeigt. Dazu nutzt man den Umstand, dass mit dem Spin des Protons ein magnetisches Moment verbunden ist. Vereinfachte Vorstellung [auch wenn ich dafür wieder hingerechtet werde ] ist, dass das rotierende Proton einen Kreisstrom darstellt. Ein Proton ist einem winzigen Stabmagneten daher sehr ähnlich. Nun gut, wenn wir jetzt das Proton in ein Magnetfeld legen, wird sich das Proton entsprechend der Richtung des angelegten Magnetfeldes ausrichten. Wir kennen nun seine Drehachse, aber nur, weil wir sie selber festgelegt haben. Erst jetzt können wir überhaupt messen, ob sich das Proton rechts- oder linksherum dreht (Stichwort: Rabi-Experiment).
Es ist klar, dass eine solche Messung einen massiven Eingriff in den Zustand des Protons darstellt. Allein durch das Anlegen des Magnetfeldes geht der unbestimmte Zustand (Drehachse zeigt irgendwo hin) des Protons in einen bestimmten Zustand (Drehachse orientiert sich zum Magnetfeld) über.
Das ist auch der Grund für das Dilemma, dass man niemals Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens exakt messen kann (Heisenberg’sche Unschärferelation). Misst man den Ort zuerst, stellt man einen bestimmten Quantenzustand her. Misst man danach die Geschwindigkeit, stellt man einen anderen Quantenzustand her und das Ergebnis der Ortsmessung wird ungültig. Doof, oder?
Jede quantenmechanische Messung verändert den Zustand des zu messenden Objektes. Es geht von einem unbestimmten in einen bestimmten Zustand über. Dies wird manchmal als „Quantensprung“ bezeichnet.
Die andere Möglichkeit eines Quantensprunges ist die eigentlich bekanntere. Um auf unser Proton im Magnetfeld zurückzukommen. Du kannst die Rotationsrichtung des Protons sehr leicht ändern, indem du ihm Rotationsenergie und Drehimpuls zufügst oder wegnimmst. Rotiert das Proton z.B rechtsrum, ist sein Drehimpuls gleich -h/(4*pi). Für eine linksläufige Rotation braucht es den Drehimpuls +h/(4*pi). Da es keine Zwischenschritte gibt (die Natur verbietet es, wir wissen nur noch nicht genau warum) musst du dem Proton also genau den Drehimpuls h/(2*pi) zuführen.
Glücklicherweise gibt es in der Natur Teilchen, die genau diesen Drehimpuls haben, nämlich (linkspolarisierte) Photonen, also die Teilchen aus denen elektromagnetische Wellen bestehen! Ein Photon ist ein fiktives Energieteilichen, Quantum genannt, das von dem Proton absorbiert (oder emittiert) werden kann.
Allerdings muss neben dem Drehimpuls auch die Rotationsenergie des Protons geändert werden. Das bedeutet, dass die elektromagnetische Strahlung (der Photonenstrom), die auf das Proton geschossen wird, eine bestimmte Frequenz haben muss (E=h*f). Bei einem angelegten Magnetfeld von 1 Tesla sind dies genau 42.57744 MHz. Mit anderen Worten, wenn wir unser Proton einer UKW-Strahlung von 42.57744 MHz aussetzen, wird es daraus ein Photon (Energiequantum) absorbieren und seinen Drehsinn ändern. Es ist ein „Quantensprung“ passiert!
Puuh, ich hoffe, das war jetzt für dich nicht zu kompliziert, um es zu verstehen, und für die Hard-core-Physiker nicht zu lasch, um mich leben zu lassen.
cu Stefan.
Mit physikalischen Fachbegriffen bist Du ja schon erschlagen worden. Ich sehe den Ausdruck so:
Im Kleinsten (Photonen, Atome…) gilt nicht mehr, dass z.B. ein Pendel kontinuierlich in allen möglichen Amplituden schwingt. Es gibt nur bestimmte Ausschläge, die voneinander getrennt sind. Von einem „Energieniveau“ zum anderen ist es ein „Quantensprung“. Diesen AUsdruck benutzt man, um zu sagen, dass etwas sich nicht schleichend, sondern schlagartig verändert.
mit unphysikalischen Grüßen,
Tom
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