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Die Quantenphysik ist ein Zweig der Physik, der sich mit den grundlegenden Prinzipien und Phänomenen auf atomarer und subatomarer Ebene beschäftigt. Im Gegensatz zur klassischen Physik, die makroskopische Systeme beschreibt, bietet die Quantenphysik eine Beschreibung der Natur auf der kleinsten Skala.
Grundprinzipien der Quantenmechanik
- Welle-Teilchen-Dualität: Eines der faszinierendsten Konzepte der Quantenphysik ist die Welle-Teilchen-Dualität. Teilchen wie Elektronen und Photonen zeigen sowohl Eigenschaften von Teilchen als auch von Wellen. Dies wurde durch das berühmte Doppelspaltexperiment veranschaulicht, bei dem Elektronen ein Interferenzmuster bilden, das für Wellen typisch ist.
- Quantisierung: In der Quantenphysik sind viele physikalische Größen, wie Energie und Drehimpuls, quantisiert. Das bedeutet, dass sie nur diskrete Werte annehmen können. Dies wird durch das Plancksche Wirkungsquantum ℎ beschrieben.
- Heisenbergsche Unschärferelation: Diese fundamentale Relation besagt, dass bestimmte Paare von physikalischen Größen, wie Ort und Impuls eines Teilchens, nicht gleichzeitig mit beliebiger Genauigkeit gemessen werden können. Die Unschärfe in der Messung einer Größe ist umgekehrt proportional zur Unschärfe in der Messung der anderen Größe.
- Superposition: Ein weiteres zentrales Prinzip ist die Superposition. Ein Quantensystem kann sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden, bis eine Messung durchgeführt wird. Dies führt zu vielen kontraintuitiven Phänomenen, die durch die Schrödinger-Gleichung beschrieben werden.
- Verschränkung: Die Quantenverschränkung beschreibt ein Phänomen, bei dem zwei oder mehr Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen Teilchens sofort den Zustand des anderen Teilchens beeinflusst, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Dies wurde durch die Experimente von Einstein, Podolsky und Rosen (EPR-Paradoxon) sowie später durch Bell’sche Theoreme und Experimente bestätigt.
