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Erforschung des Unc) Sinnlichen

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(1)

Erforschung des Un- Erforschung des Un-

Sinnlichen Sinnlichen

a) unsichtbare Strahlen a) unsichtbare Strahlen

b) das Atom b) das Atom

c) ALLES ist relativ c) ALLES ist relativ d) Quantenmechanik d) Quantenmechanik

R. Henneck

April 2020

(2)

Fazit:

Fazit:

drei dramatische Umwälzungen:

drei dramatische Umwälzungen:

1) wissenschaftliche Erkenntnis basiert 1) wissenschaftliche Erkenntnis basiert

vorwiegend auf Naturbeobachtung und vorwiegend auf Naturbeobachtung und

Experiment Experiment

2) die kopernikanische Wende 2) die kopernikanische Wende

3) Newton's Gravitation und Mechanik 3) Newton's Gravitation und Mechanik

möglich wurde dies durch den Rückgriff auf möglich wurde dies durch den Rückgriff auf antike Vorstellungen und deren

antike Vorstellungen und deren Überwindung Überwindung

(3)

- durch verbesserte Beobachtungsmöglichkeiten 'extern' - durch verbesserte Beobachtungsmöglichkeiten 'extern'

hervorgerufene Fragestellungen hervorgerufene Fragestellungen

- Bevölkerungs & Bildungswachstum

- Bevölkerungs & Bildungswachstum → kritische → kritische

Wissenschaftler-Masse auch regional erreichbar (z.B.

Wissenschaftler-Masse auch regional erreichbar (z.B.

Röntgen und Würzburg) Röntgen und Würzburg)

- fortschreitende Fachspezialisierung - fortschreitende Fachspezialisierung

- verbesserte Kommunikations & Reisemöglichkeiten - verbesserte Kommunikations & Reisemöglichkeiten - Forschung wieder mehr 'universitär', Universitäts &

- Forschung wieder mehr 'universitär', Universitäts &

Technische Hochschul- Gründungen Technische Hochschul- Gründungen - mehr und spezielle Publikationsorgane - mehr und spezielle Publikationsorgane

- Preise, Auszeichnungen (z. B. Nobelpreis 1901) - Preise, Auszeichnungen (z. B. Nobelpreis 1901)

- 'nationalistische' Förderung - 'nationalistische' Förderung

- Förderung im Hinblick auf ökonomischen Mehrwert - Förderung im Hinblick auf ökonomischen Mehrwert

Bedingungen für Wissenschaftsentwicklung ?

Bedingungen für Wissenschaftsentwicklung ?

(4)

Dalton 1803 Dalton 1803 kugelförmig, nicht

weiter teilbar

Leukipp, Demokrit Leukipp, Demokrit 5. Jhrd. BC:

5. Jhrd. BC:

'atom' = unteilbar 'atom' = unteilbar

Bohr'sches Bohr'sches Atommodell Atommodell

Spez.

Spez.

Relativitätstheorie Relativitätstheorie Elektronen, Ionen, Elektronen, Ionen,

Atome, Isotope, Atome, Isotope,

Quanten Quanten Röntgen &

Röntgen &

radioaktive Strahlen radioaktive Strahlen

Elektromagnetische Elektromagnetische

Wellen, ab 1860 Wellen, ab 1860

Quanten- Quanten- mechnik mechnik

Aristoteles: Erde, Aristoteles: Erde, Wasser, Luft, Feuer Wasser, Luft, Feuer allgemeine allgemeine

Relativitätstheorie

Relativitätstheorie Elementumwandlung Elementumwandlung

was ist was ist

'Materie' ?

'Materie' ?

(5)

a) Unsichtbare Strahlen a) Unsichtbare Strahlen

- Kathoden- und Kanalstrahlen - Kathoden- und Kanalstrahlen

- Röntgenstrahlen - Röntgenstrahlen

- radioaktive Strahlen

- radioaktive Strahlen

(6)

1) Physikalische Grundlagen und 1) Physikalische Grundlagen und Entwicklung bis zu Röntgen, 1896 Entwicklung bis zu Röntgen, 1896

Gasentladung: Kathodenstrahlen, Gasentladung: Kathodenstrahlen,

Kanalstrahlen (ab 1860) Kanalstrahlen (ab 1860)

- Vakuum - Vakuum

- Hochspannung - Hochspannung

- Untersuchung des Lichts - Untersuchung des Lichts

- Untersuchung der 'Teilchen' im Gas - Untersuchung der 'Teilchen' im Gas

→ → Elektronen, Ionen Elektronen, Ionen

(7)

(negativ geladene Teilchen)

(positiv geladene (positiv geladene

Teilchen) Teilchen)

Kathodenstrahlröhre

Hochenergetische Kathodenstrahlen Hochenergetische Kathodenstrahlen

Röntgenstrahlen Röntgenstrahlen

(8)

Röntgenapparat Röntgenapparat

Röntgen fängt Mitte 1894 an, mit Kathodenstrahlen zu experimentieren:

Röntgen fängt Mitte 1894 an, mit Kathodenstrahlen zu experimentieren:

fragt bei Lenard an wegen 'Lenard-Fenstern', kauft fragt bei Lenard an wegen 'Lenard-Fenstern', kauft

diverse Vakuumröhren und betreibt sie mit einem Rühmkorff diverse Vakuumröhren und betreibt sie mit einem Rühmkorff

Induktor (für Hochspannung) und einer 'Raps' Pumpe (im Labor vorhanden) Induktor (für Hochspannung) und einer 'Raps' Pumpe (im Labor vorhanden)

8.11. – 8.11. – 28.12. 1895 28.12. 1895 geheim + allein geheim + allein

Eine völlig zufällige Entdeckung ! Eine völlig zufällige Entdeckung !

Bariumplatinzyanid-Papier ! Bariumplatinzyanid-Papier !

(3.1, 3.2)

(3.1, 3.2)

(9)

1.1.1896 werden 90 Briefe abgeschickt, 'jetzt kann der Teufel losgehen'

Bis Ende 1896 mehr als 1000 wissenschaftliche und populärwissenschaftliche Artikel

(3.2) (3.2)

Januar 1896

(10)

Bereits 1896 wurde in Birmingham ein Röntgenbild als Beweismittel bei einer Schadensersatzklage vor Gericht

zugelassen

(11)

A. Einstein, 1905, Spezielle A. Einstein, 1905, Spezielle

Relativitätstheorie, erklärt ALLES ohne

Relativitätstheorie, erklärt ALLES ohne Ä Ä ther ther

'Un-Wissensstand' Ende 1896: Röntgenstrahlen bestehen aus 'Un-Wissensstand' Ende 1896: Röntgenstrahlen bestehen aus

- kleinen Masseteilchen - einem Art 'Ätherwind' - aus 'Ätherstrahlen' - 'Ätherwellen'

- elektromagnetischen Wellen mit sehr kurzen Wellenlängen oder sind von longitudinaler Art - sind völlig neuartiger Natur

- Leuchtkäferlicht ?

Beugung von Röntgenstrahlen Beugung von Röntgenstrahlen

→ →

elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen,

1911 1911

(3.3)

(3.3)

(12)

Henry J.W. Dam (einziges Interview mit Röntgen in 'McClure's Magazine', April 1896):

Dam: ... da war ein Tisch in der linken Ecke; ein weiterer kleiner Tisch ... war beim Ofen und eine Rühmkorff Spule war rechts. Die Aussage der Einrichtung war klar: verglichen mit den aufwendigen, teuren und vollständigen Apparaten, z.B. der Universität von

London oder irgendeiner der grossen amerikanischen Universitäten war dieses Labor karg und bescheiden. Ohne Worte sagte es aus, dass beim grossen Marsch der

Wissenschaft in unbekanntes Territorium das Genie des Menschen und nicht die Perfektion der Apparatur zuvorderst steht.... Hier gab es keine Ölspulen, Leidener Flaschen oder speziell aufwendige und teure Maschinen. Da war nur eine Rühmkorff Spule, eine Crook'sche Röhre und der Mann selber.

Röntgen: 'Ich arbeitete mit einer Hittorf-Crookesschen Röhre, welche ganz in schwarzes Papier eingehüllt war. Ein Stück Bariumplatinzyanidpapier lag daneben auf dem Tisch.

Ich schickte einen Strom durch die Röhre und bemerkte quer über das Papier eine eigentümliche schwarze Linie!... Bald war jeder Zweifel ausgeschlossen. Es kamen 'Strahlen' von der Röhre, welche eine lumineszierende Wirkung auf den Schirm

ausübten... kein Licht konnte von der Röhre kommen, weil die Abschirmung

undurchlässig war für jegliches Licht, selbst für das eines elektrischen Lichtbogens.

Dam: Und was dachten Sie?

Röntgen: ich dachte nicht, ich untersuchte. Ich nahm an, dass der Effekt von der Röhre kommen musste...'

(3.2) (3.2)

(3.1)

(3.1)

(13)

'Nehmt aus der Welt die Elektrizität, und das Licht verschwindet; nehmt aus der Welt den lichttragenden Äther, und die elektrischen und magnetischen Kräfte können nicht mehr den Raum überschreiten.' (H. Hertz, 1888)

'Der elektrische Strom setzt bei seinem Entstehen den umliegenden Äther in irgend eine, bisher ihrem Wesen nach noch nicht sicher bestimmte, momentane Bewegung.'

(A. Einstein, 1894 oder 1895, zitiert nach Mehra, J. und Einstein, A.)

(3.3) (3.3)

(3.4)

(3.4) 'es war eine Kreuzung zwischen Stall und Kartoffelkeller, und 'es war eine Kreuzung zwischen Stall und Kartoffelkeller, und wenn ich nicht die chemischen Apparate auf dem Arbeitstisch wenn ich nicht die chemischen Apparate auf dem Arbeitstisch

gesehen hätte, hätte ich das Ganze für einen Witz gehalten.' gesehen hätte, hätte ich das Ganze für einen Witz gehalten.'

(Wilhelm Ostwald, Nobelpreisträger für Chemie) (Wilhelm Ostwald, Nobelpreisträger für Chemie) (3.5)

(3.5)

(3.15 )

Dirac, 1974: 'was können wir nun in dieser Lage machen? Mir scheint, es liege auf der Hand, dass wir die fundamentalen Gesetze der QM noch nicht kennen. Die heute von uns benutzten Gesetze werden einige wichtige Veränderunegn erfahren müssen,

bevor wir eine relativistische Theorie haben werden.'

(14)

'Becquerel'-Strahlen 'Becquerel'-Strahlen

('Radioaktivität') ('Radioaktivität')

elektrisch elektrisch Photografisch

Photografisch

Erregt zunächst wenig wissenschaftliches Erregt zunächst wenig wissenschaftliches Interesse, weil Fokus auf Röntgen Strahlung Interesse, weil Fokus auf Röntgen Strahlung

→ aber gerade deswegen bei M. Curie → aber gerade deswegen bei M. Curie

Winkel misst die Ladung

(1.14) (1.14) 1852 - 1908

1852 - 1908

(15)

Radioaktive Quelle

Elektromagnetische Wellen Elektromagnetische Wellen

radioaktive Strahlen:

radioaktive Strahlen:

Alpha-, Beta- Strahlen sind Alpha-, Beta- Strahlen sind Teilchen mit Masse und Ladung Teilchen mit Masse und Ladung

Gamma-Strahlen sind

Gamma-Strahlen sind

elektromagnetische Wellen

elektromagnetische Wellen

(16)

Piezo-elektrisches Quadranten-Elektrometer Piezo-elektrisches Quadranten-Elektrometer

(P+J. Curie) misst Ströme auf 10

(P+J. Curie) misst Ströme auf 10

-11-11

A Genauigkeit A Genauigkeit

(3.4, 3.5 )

(3.4, 3.5 )

(17)

Pechblende

Pechblende (und Charkolit) besteht im Wesentlichen aus UO

2

, zuzüglich

anderer Metalloxide mit Blei, Eisen, Thorium und Metallen der seltenen Erden.

Bis zu 88% Gewichtsprozente Uran, Dichte 10.8 g/cm

3

. (Dichte von Rein-Uran 19.2 g/cm

3

)

Aber: Pechblende, Charkolit waren aktiver als Uran und Thorium selbst Aber: Pechblende, Charkolit waren aktiver als Uran und Thorium selbst Und: künstlich gemischtes Charkolit war schwächer als natürliches

Und: künstlich gemischtes Charkolit war schwächer als natürliches

neue Elemente? neue Elemente?

extrahiert und extrahiert und verwendet bei verwendet bei Glasherstellung Glasherstellung

Aktivität Aktivität zunehmend zunehmend

Sukzessive Fraktionierung durch Kochen Sukzessive Fraktionierung durch Kochen

und Auskristallisierung und Auskristallisierung leichter Elemente (G. B

leichter Elemente (G. B émont, émont, A. Debierne) A. Debierne)

Bismut-ähnliche Bismut-ähnliche

Fraktion Fraktion

'Polonium', 400 x

'Polonium', 400 x 'Radium', 900 x 'Radium', 900 x Barium-ähnliche Barium-ähnliche

Fraktion Fraktion

Nachweis durch Nachweis durch Spektroskopie ?

Spektroskopie ? Spektroskopie Spektroskopie (E. Demarcay):

(E. Demarcay):

neue Linie ! neue Linie !

' ' physikalischer physikalischer ' Nachweis neuer Elemente ' Nachweis neuer Elemente durch hochsensible Messung der Aktivität durch hochsensible Messung der Aktivität

Ergebnisse Ende 1898 Ergebnisse Ende 1898

0.1 g Radium aus 0.1 g Radium aus Tonnen Pechblende !!

Tonnen Pechblende !!

(18)

Studium der zeitlichen Veränderung der Radioaktivität mit äusserst rätselhaften Ergebnissen:

- Aktivität nimmt ab, kommt aber nach einer gewissen Zeit langsam wieder;

verschiedene Zeitdauern für verschiedene Substanzen - Es scheinen sich aktive Gase zu bilden

- Die einen ebenfalls aktiven materiellen Niederschlag auf Oberflächen bilden

2) aktive, unbekannte Begleitprodukte, 'Emanationen' = Gase 2) aktive, unbekannte Begleitprodukte, 'Emanationen' = Gase

('Radon'), Halbwertszeit,

('Radon'), Halbwertszeit, Umwandlungen Umwandlungen

(19)

Rutherford, 1905

(20)

91 natürlich vorkommende Elemente, 69 als Gemische mehrerer Isotope. 22 Reinelemente. Das chemische Atomgewicht von Mischelementen ist der Durchschnittswert

der verschiedenen Atommassen der beteiligten Isotope.

(21)

186186 88

189 8 189189 88

189 189 88 190190 22

189 5

182182 99

Chemische Sensation: 'Ra-Emanation' ist ein neues Chemische Sensation: 'Ra-Emanation' ist ein neues

Edelgas –

Edelgas – Radon (Rn) Radon (Rn)

1899

(22)

Pause

Pause

(23)

2a) Streuversuche mit α-Strahlen,

→ Atom hat einen Kern

Elektronen bewegen sich Elektronen bewegen sich irgendwo in der Hülle ! irgendwo in der Hülle !

(3.6)

(24)

Bohr's intuitives Atommodell (für H) Bohr's intuitives Atommodell (für H)

1913 1913

Bohrs 'quantenphysikalische' Postulate:

Bohrs 'quantenphysikalische' Postulate:

- es gibt erlaubte erlaubte Bahnen, auf denen die Elektronen strahlungsfrei strahlungsfrei kreisen

- Energiedifferenz zwischen den Bahnen entspricht den Spektrallinien

- Korrespondenz Korrespondenz-Prinzip: für weit aussenliegende aussenliegende Bahnen (d.h. grössere Distanzen) geht die neue

Beschreibung in die klassische über.

r ~ 0.5·10-10 m

- Periodensystem wird - Periodensystem wird

langsam entschlüsselt langsam entschlüsselt

(3.7)

n = 3, 4, 5, 6

(25)
(26)

8) Rutherford, 1919: 'Ein anomaler Effekt 8) Rutherford, 1919: 'Ein anomaler Effekt

bei Stickstoff' → Kernumwandlung bei Stickstoff' → Kernumwandlung

grösser als α-Reichweite Stickstoff

Stickstoff

(27)

(3.6) "Es war bestimmt das unglaublichste Ergebnis, das mir je in meinem Leben widerfuhr. Es war fast so

unglaublich, als wenn einer eine 15-Zoll-Granate auf ein Stück Seidenpapier abgefeuert hätte und diese

zurückgekommen wäre und ihn getroffen hätte."

(3.7)

'Dass diese schwankende und widerspruchsvolle Grundlage hinreichte, um einen Mann mit dem einzigartigen Instinkt und Feingefühl Bohrs in den Stand zu setzen, die

hauptsächlichsten Gesetze der Spektrallinien und der Elektronen der Atomhülle nebst deren Bedeutung für die Chemie aufzufinden, erschien mir wie ein Wunder – und

erscheint mir noch heute ein Wunder. Das ist höchste Musikalität auf dem Gebiet des Gedankens.' (A. Einstein)

(3.8)

'Ich kann die ganze Prozedur nur als einen Akt der Verzweiflung charakterisieren, da ich von Natur aus friedlich bin und alle zweifelhaften Abenteuer ablehne.' (Planck)

Einstein, 'Im Licht bereits erlangter Erkenntis erscheint das glücklich Erreichte als fast wie selbstverständlich, und jeder intelligente Student erfasst es ohne zu grosse Mühe.

Aber das ahnungsvolle, Jahre währende Suchen im Dunklen mit seiner angespannten Sehnsucht, seiner Abwechslung von Zuversicht und Ermattung und seinem endlichen Durchbrechen zur Wahrheit, das kennt nur, wer es selber erlebt hat.'

(3.9)

(28)

Die Nanowelt Die Nanowelt

im gekrümmten im gekrümmten

Raum Raum

Unsinnlich Unsinnlich

oder oder

unsinnig ?

unsinnig ?

(29)

4) Planck & Einstein: Quantenphysik 1 4) Planck & Einstein: Quantenphysik 1

M. Planck, 1900:

diskrete Energiepakete ('Quanten')

E = h E = h · · ν ν

wo h Planck'sches Wirkungsquantum h Planck'sches Wirkungsquantum,

ν ν die Frequenz der Strahlung

→ Elementarladung,

Avogadro Konstante etc.

Photoeffekt (Nobelpreis 1921):

Photoeffekt (Nobelpreis 1921): 'Licht hat 'Licht hat

sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter' sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter'

→ zusammen mit Rel. Theorie Grundlage der Quantenphysik

(3.8)

(30)

Spezielle Relativitätstheorie Spezielle Relativitätstheorie

A. Einstein, 1905

Einstein's Postulate:

Einstein's Postulate:

- Maxwell Gleichungen müssen in jedem gleichförmig zu-

einander (unbeschleunigten) bewegten Bezugssystem gleich sein → es gelten die Lorentz-Transformationen für Zeit und Raum.

- Die Lichtgeschwindigkeit ist unveränderlich und unabhängig vom Bezugssystem. Zeit und Raum werden miteinander verknüpft.

- Gleichzeitigkeit ist an Informationsaustausch gebunden, der nur mit maximal Lichtgeschwindigkeit erfolgen kann.

H. Minkowski

Äther wird 'experimentell' und konzeptionell eliminiert

Äther wird 'experimentell' und konzeptionell eliminiert

(31)

Relativität der Gleichzeitigkeit Relativität der Gleichzeitigkeit

Ereignisse, die bezüglich eines Inertialsystems S gleichzeitig stattfinden, ereignen sich in

einem dazu bewegten Inertialsystem S' nicht gleichzeitig.

(32)

- Zeit läuft in zueinander bewegten Bezugssystemen (unbeschleunigte Züge, Raumschiffe,...) verschieden

schnell ab und zwar abhängig von ihrer Relativgeschwindigkeit

Folgerungen:

Folgerungen:

- Masse, Energie und Zeit hängen zusammen

Verbesserte Version des Experimentes von W. Kaufmann von 1901

, 1909

(33)

Dornröschen Dornröschen

und Zeitreisen und Zeitreisen

Wechsel des Inertialsystems!!

(34)

Allgemeine Relativitätstheorie Allgemeine Relativitätstheorie

A. Einstein, 1915 A. Einstein, 1915

beschreibt Gesetzmässigkeiten in beliebig beschreibt Gesetzmässigkeiten in beliebig

bewegten Bezugssystemen durch die bewegten Bezugssystemen durch die

Einführung eines geeigneten Gravitationsfeldes Einführung eines geeigneten Gravitationsfeldes

→ → Verknüpf Verknüpf ung zwischen MATERIE, ung zwischen MATERIE, RAUM und ZEIT

RAUM und ZEIT

Raumzeitkrümmung durch Materie Raumzeitkrümmung durch Materie

winzige Effekte winzige Effekte

Berechnete Perihel-Drehung des Merkur stimmt (43'', 1916) Berechnete Perihel-Drehung des Merkur stimmt (43'', 1916)

Lichtablenkung im Schwerefeld der Sonne (1919) Lichtablenkung im Schwerefeld der Sonne (1919)

Gravitationswellen (2016) Gravitationswellen (2016)

Schwarze Löcher Schwarze Löcher

3.9 3.9

(35)

Newton ART

Lichtablenkung im Schwerefeld der Sonne (1919)

Lichtablenkung im Schwerefeld der Sonne (1919)

(36)

Video !

Gravitationswellen

Gravitationswellen sind Näherungslösungen für die Einsteinschen

Feldgleichungen → schwierig, die Abstrahlung von Gravitationswellen zu berechnen.

Eine widerspruchsfreie quantenfeldtheoretische Formulierung der Gravitation auf allen Skalen ist jedoch noch nicht erreicht. Hypothetisches Graviton mit Spin 2.

Messempfindlichkeit über die Armlänge etwa ein Tausendstel Protonenradius, oder 10-18 m

GW150914, 1. beobachtete Gravitationswelle, Abstand 1,3 Milliarden Lichtjahren. Zwei Schwarze Löcher von rund 29 und 36 Sonnenmassen kreisten umeinander und fusionierten zu einem Schwarzen Loch von 62 Sonnen

massen, 3 Sonnenmassen an Energie wurden in Form von Gravitationswellen abgestrahlt. → Nobelpreis 2017.

(37)

Hafele-Keating Experiment (1971)

So vergeht die Zeit etwa auf einem hohen Berg geringfügig schneller als auf Meereshöhe.

Nachweisbar ist heute der Zeitunterschied über 2 cm Höhendifferenz

(38)

Die paradoxe Die paradoxe Welt im ganz, Welt im ganz,

ganz Kleinen ganz Kleinen

Das Strahlungsproblem Das Strahlungsproblem

Warum 'implodiert' Warum 'implodiert'

das Atom nicht ? das Atom nicht ?

1913 1913

(39)

Der 'unheimliche' Doppelspalt Der 'unheimliche' Doppelspalt

Wasser- , Lichtwellen Wasser- , Lichtwellen

Elektronen verhalten Elektronen verhalten sich

sich auch auch wie Wellen wie Wellen

(40)

Und jetzt kommt's Und jetzt kommt's Beobachtung (= Messung) eines Beobachtung (= Messung) eines

Vorgangs beeinflusst den Vorgang Vorgangs beeinflusst den Vorgang

selbst !

selbst !

(41)

postulierte 1923, dass Teilchen Teilchen auch Wellen

auch Wellen sind – analog zu Licht. 'Teilchen-Welle-Dualismus'.

Entscheidender Anstoss zur Quantenmechanik!

Elektron im Atom bildet Elektron im Atom bildet

stehende Welle mit stehende Welle mit

Bahnumfang = n Bahnumfang = n ·λ ·λ

(3.10)

Quantenmechanik (ab 1925) Quantenmechanik (ab 1925)

= Beschreibung der Welt im

= Beschreibung der Welt im

ganz Kleinen (

ganz Kleinen ( <10 <10 -10 -10 m) m)

(42)

Erklärung inneratomarer Vorgänge braucht mutige, junge Genies:

Heisenberg

Heisenberg, Born, Jordan, Pauli, Dirac, Bohr, Dirac de Broglie, de Broglie Schrödinger Schrödinger

Matrizenmechanik Matrizenmechanik

1925 1925

verwendet nur beobachtbare verwendet nur beobachtbare (messbare) Grössen und nicht (messbare) Grössen und nicht hypothetische Elektronenbahnen hypothetische Elektronenbahnen

(3.11)

1928 relativistische 1928 relativistische Theorie, 'Antimaterie' Theorie, 'Antimaterie'

Nicht- Nicht-

kommunative kommunative Algebra, 1925 Algebra, 1925

(3.12)

Schrödinger Gleichung Schrödinger Gleichung

H H ψ = Eψ ψ = Eψ

Randbedingungen Randbedingungen

1925/26 1925/26 (3.13)

Pauli-Prinzip, Pauli-Effekt, Spin, Neutrino 1930

Pauli-Prinzip, Pauli-Effekt, Spin, Neutrino 1930 (3.14)

(43)

(3.10)

(3.11)

M. Planck: 'Die Kühnheit dieser Idee (de Broglie's) war so gross - ich muss aufrichtig sagen, dass ich selber auch damals den Kopf schüttelte dazu, und ich erinnere mich sehr gut, dass Herr Lorentz mir damals sagte im vertraulichen Privatgespräch: 'Diese jungen Leute nehmen es doch gar zu leicht, alte physikalische Begriffe beiseite zu setzen!' Es war damals die Rede von Broglie-Wellen, von der

Heisenbergschen Unschärfe-Relation, das schien damals uns Älteren etwas sehr schwer Verständliches.'

Erwin kann mit seinem psi kalkulieren wie noch nie.

Doch wird jeder leicht einsehen, psi lässt sich nicht recht verstehen.

Heisenberg auf Helgoland (1925): '... Daher wurde es fast 3 Uhr nachts, bis das endgültige Resultat der Rechnung vor mir lag. Der Energiesatz hatte sich in allen Gliedern als richtig erwiesen, und – da dies ja alles von selbst, sozusagen ohne jeden Zwang herausgekommen war – so konnte ich an der

mathematischen Widerspruchsfreiheit und Geschlossenheit der damit angedeuteten QM nicht mehr zweifeln. Im ersten Moment war ich zutiefst erschrocken. Ich hatte das Gefühl, durch die Oberfläche der atomaren Erscheinungen hindurch auf einen tief darunterliegenden Grund von merkwürdiger innerer

Schönheit zu schauen, und es wurde mir fast schwindlig bei dem Gedanken, dass ich nun dieser Fülle von mathematischen Strukturen nachgehen sollte, die die Natur dort unten vor mir ausgebreitet hatte'.

(3.13)

(3.12)

Max Born schrieb im Jahr 1920 über seinen ehemaligen Assistenten an Einstein: 'Der Bericht über den 'kleinen Pauli'˜ ist nicht ganz vollständig. Ich erinnere mich, dass er lange zu schlafen liebte und mehr als einmal die Vorlesung um 11 Uhr verpasste. Wir schickten dann unser Hausmädchen um halb 11 zu ihm, um sicher zu sein, dass er auf sei. Er war ohne Zweifel ein Genius ersten Ranges;

aber meine Besorgnis einen so guten Assistenten werde ich nie mehr kriegen, war doch unberechtigt. Sein Nachfolger Heisenberg war ebenso genial und dabei gewissenhafter: ihn brauchten wir nicht wecken zu lassen oder sonst an seine Pflichten erinnern.'

(3.14)

Dirac, 1925: 'Damit aber war eine Brücke zwischen der gewöhnlichen, klassischen Mechanik, an die die Leute

gewöhnt waren, und der neuen Mechanik geschlagen, die mit den von Heisenberg eingeführten, nichtvertauschbaren

Grössen rechnete.... Man brauchte lediglich die klassischen, in der Hamilton'schen Form ausgedrückten Gleichungen

entsprechend zu verallgemeinern, um die Gleichungen der neuen Mechanik zu erhalten.'

(44)

Heisenberg'sche Unschärfenrelation Heisenberg'sche Unschärfenrelation

- Es ist prinzipiell unmöglich, den Ort und den Impuls eines Teilchens gleichzeitig beliebig genau zu messen.

- Die Messung des Impulses eines Teilchens ist zwangsläufig mit einer Störung seines Ortes verbunden, und umgekehrt.

- 'Aufenthaltswahrscheinlichkeit' = │ ψ │

2

Quantenmechanik basiert auf nicht-beweisbaren Postulaten Quantenmechanik basiert auf nicht-beweisbaren Postulaten

(Wellenfunktion, Schrödingergleichung) und klassischen (Wellenfunktion, Schrödingergleichung) und klassischen mathematischen Formalismen. Die daraus berechenbaren mathematischen Formalismen. Die daraus berechenbaren Wahrscheinlichkeiten für messbare Grössen stimmen allerdings Wahrscheinlichkeiten für messbare Grössen stimmen allerdings

bis jetzt exzellent überein mit dem Experiment. Letztere bis jetzt exzellent überein mit dem Experiment. Letztere

Tatsache – verbunden mit der in sich schlüssigen Tatsache – verbunden mit der in sich schlüssigen

Vorgehensweise auf drei verschiedenen Wegen darf als starker Vorgehensweise auf drei verschiedenen Wegen darf als starker

Beweis für die 'Richtigkeit' gewertet werden.

Beweis für die 'Richtigkeit' gewertet werden.

(3.15)

(45)

1930: neue, überall (?) gültige Naturgesetze 1930: neue, überall (?) gültige Naturgesetze

2020 2020

Wie geht's Wie geht's

weiter ?

weiter ?

(46)

der Geist hat sich befreit ...

der Geist hat sich befreit ...

oder hat sich die oder hat sich die

Büchse der Pandora geöffnet …?

Büchse der Pandora geöffnet …?

Chemie Chemie

Supraleitung Supraleitung

Quantenfeldtheorie Quantenfeldtheorie

TOF TOF

Urknalltheorien Urknalltheorien

Kosmologie Kosmologie

Molekularchemie / Molekularchemie /

Biologie Biologie Teilchen-Zoo,

Teilchen-Zoo, Standardmodell, Standardmodell,

Halbleiter, Elektronik Halbleiter, Elektronik

Solarzellen, Laser Solarzellen, Laser

DNA, Genom- DNA, Genom- Entschlüsselung Entschlüsselung

Kernspaltung & Fusion

Kernspaltung & Fusion 4. Quantensprung ? Künstliche Intelligenz

& Leben

(47)

Künstliche Intelligenz

Synthetische Biologie

Cyborg

Cyborg ↔ Android ↔ Android

Video Sophia

Video Sophia

(48)

Vielen Dank für Vielen Dank für

Ihre Ihre

Aufmerksamkeit

Aufmerksamkeit

Referenzen

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