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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Quantenphysik in 15 Minuten?


Neutrino
29.10.12, 18:17
hallo Leute,

ich bin neu hier und ich hoffe, dass diese Frage hier reinpasst.. (:

ich halte nächste Woche in meiner Schule eine Präsentation über Quantenphysik, die 10-15 Minuten lang sein soll.

Nun stellt sich die Frage, was ich in diese kurze Zeit alles reinpacken soll / was die wichtigsten Grundlagen sind?


Ich will auf jeden Fall das Doppelspaltexperiment einbauen, weil ich finde, dass es sehr wichtig und aussagekräftig ist, aber vielleicht auch noch ein paar allgemeine Punkte?

soon
29.10.12, 19:07
Nun stellt sich die Frage, was ich in diese kurze Zeit alles reinpacken soll / was die wichtigsten Grundlagen sind?


Hallo,

der Photoeffekt (http://de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt) müsste schon mit rein, denke ich.

In welcher Jahrgangsstufe bist du denn?

LG soon

amc
29.10.12, 19:22
Hi Neutrino,

ich hoffe, dass diese Frage hier reinpasst..

klar.

Präsentation

Welche Mittel hast du denn zur Verfügung bzw. willst du nutzen?

Ich will auf jeden Fall das Doppelspaltexperiment einbauen, weil ich finde, dass es sehr wichtig und aussagekräftig ist, aber vielleicht auch noch ein paar allgemeine Punkte?

Klar, Doppelspalt muss mit rein. Ein sinnvoller Einstieg ist bei Max Planck. Wirkung, also Energie pro Zeit, wird immer nur gequantelt ausgetauscht.

Vielleicht lässt sich mit der, bei dem einen oder anderen Interesse weckenden Frage beginnen, ob unsere Welt wie eine Analog- oder wie eine Digitaluhr funktioniert. Nur ne Idee ... Weckt vielleicht ein Gefühl dafür, um was für Fragen es bei der Quantentheorie geht.

Grüße, amc

Neutrino
29.10.12, 19:54
Danke erstmal für die schnellen Antworten!

In welcher Jahrgangsstufe bist du denn?

Ich bin in der 7. Klasse Gymnasium, also nächstes Jahr hab ich Matura. Aber die Schule ist nicht sehr naturwissenschaftlich orientiert, die Schüler/Innen haben also keinen blassen Schimmer von der Quantenphysik..

Welche Mittel hast du denn zur Verfügung bzw. willst du nutzen?

Naja ich hätte an eine PowerPoint gedacht, aber es soll wie ein Vortrag sein. Quantenmechanische Experimente kann ich wohl nicht vorführen ;)

Vielleicht lässt sich mit der, bei dem einen oder anderen Interesse weckenden Frage beginnen, ob unsere Welt wie eine Analog- oder wie eine Digitaluhr funktioniert. Nur ne Idee ... Weckt vielleicht ein Gefühl dafür, um was für Fragen es bei der Quantentheorie geht.

super Idee, vielleicht kann ich das einbauen. danke!

amc
29.10.12, 20:28
aber vielleicht auch noch ein paar allgemeine Punkte?

Daran kann man sich vielleicht etwas orientieren:

Planck (Wirkungsquantum), Photo-Effekt, Welle-Teilchen-Dualismus, Atom-Modell, Unschärferelation (oder Unbestimmtheitsrelation), Doppelspalt, Quantenteleportation, Quantenkryptografie.

Wenn man alles kurz anreißt, könnte es passen mit 10-15min. Und es sind alles Begriffe, von denen jeder schon gehört haben könnte - zumindest unbewusst. :)

Vielleicht liest du dir mal diesen Text von quanten.de durch, ist möglicherweise hilfreich: http://quanten.de/wassindquanten.html

Grüße, amc

Philipp Wehrli
29.10.12, 20:39
Ich würde ein oder zwei Experimente vorstellen, bei denen klar wird, dass Quanten sich anders verhalten, als wir erwarten. Z. B.:
http://homepage.hispeed.ch/philipp.wehrli/Physik/Quantentheorie/Komplementare_Grossen/komplementare_grossen.html
oder:
Quantenradierer (http://homepage.hispeed.ch/philipp.wehrli/Physik/Quantentheorie/Quantenradierer/quantenradierer.html)
etwas anspruchsvoller:
http://homepage.hispeed.ch/philipp.wehrli/Physik/Quantentheorie/Quantenradierer/quantenradierer.html

Ausserdem solltest du erwähnen, dass die Quantentheorie unseren Alltag vollkommen verändert hat. Die folgenden Entdeckungen basieren auf der Quantentheorie:
Die Grundlage der ganzen Mikroelektronik inklusive Computern: Diode und Transistor (entdeckt von theoretischen Physikern, die die Quantentheorie besser verstehen wollten), der Laser (meines Wissens von Einstein erfunden), Elektronenmikroskop und damit die Möglichkeit der Mikrobiologie. Die moderne Chemie und Molekularbiologie, Gentechnologie und Medizin ist ohne Quantentheorie undenkbar.

amc
30.10.12, 00:08
Neutrino, hierüber solltest du dir bewusst sein: Interpretationen der Quantenmechanik (http://de.wikipedia.org/wiki/Interpretationen_der_Quantenmechanik). Solltest du vielleicht auch kurz erwähnen. Hol aber nicht zu weit aus, wie bei allem anderen auch. Ist in der Zeit ja aber auch gar nicht möglich. Und ein paar sollen ja auch zuhören und folgen können. :)

Gibt natürlich noch andere Themen zur Quantenmechanik.

Wenn dir der Doppelspalt (DS) zusagt, nimm doch einfach überproportional viel Zeit für den DS.

Vielleicht lässt sich ja auch ein gutes und knappes Youtube-Video zum DS finden, wenn das erlaubt ist und sich einbauen lässt. Kann vielleicht Arbeit ersparen und die Sache gut darstellen.

Oder zeig gleich ein 15min Video ;)

Ist aber sicher nicht verkehrt mal nach solchen Videos zu suchen. Dann siehst du, wie die das in 15min packen.

Die Darstellung eines Quantenradierers kannst du leicht mit dem Doppelspalt verbinden. Ich empfehle dir da aber als Basis ausdrücklich eher den Wiki-Artikel: http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenradierer.

Ein Drittel des weltweiten Brutto-Sozial-Produktes wird mit auf Quantenmechanik basierender Tehchnologie erwirtschaftet. Wie von Philipp angemerkt, sollte etwas aus dieser Richtung unbedingt erwähnt werden.

Grüße, amc

P.S.: Wünsche dir schon mal viel Spaß und Erfolg! Und frag nach, wenn dir was unklar ist oder du nicht weißt, wie sich etwas sinnvoll und aussagekräftig zusammenfassen lässt.

mermanview
30.10.12, 10:36
Hallo Neutrino

wichtig ist es auch in einem Vortrag Worte zu verwenden, die die Zuhörer aus ihrem Alltag kennen.

Falls also der Lehrer oder jemand anders fragt
"Was ist denn ein Quant / Quantum?" könntest du den Begriff "Portion", bzw. "das ist die (angeblich) kleinste Portion Energie, die es gibt" verwenden.

Das ist die ursprüngliche Erkenntnis der Quantentheorie, dass selbst Licht in Portionen vorkommt.
(Plancksches Wirkungsquantum)

Im Eiskaffe wäre die kleinste Portion eine Kugel, wenn Zuhörer Begriffe der Quantentheorie mit Begriffen aus ihrem Alltag verbinden können, dann hat man mehr interessierte Zuhörer.

(Kommt ein Urknall-Plasma-Teilchen bei der Urknall-Eisdiele vorbei und sagt:
"Ich hätte gern 5 Kugeln Energie-Eis, sagt ein anderes "Ääh?, Was willst du denn mal werden?, ich brauch für später 1025 Kugeln")

Die Welt scheint aus kleinsten Portionen zu bestehen, viel kleiner als Atome und kleiner als Atomteilchen sind,
die aber keine festen Körper sind, sondern Energieportionen.

Planck selber hat daraus noch die interessanten Planck-Einheiten abgeleitet:
kleinste Länge, kleinstes Volumen, kürzeste Zeitspanne usw.

http://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Einheiten

Er hat sinngemäß selber geäußert, (und das im vorletzten Jahrhundert):
dass diese Skala selbst für Außerirdische wichtig sei.

So ein Satz kommt auch immer gut in Referaten,
moment ich such das Zitat raus...

„… ihre Bedeutung für alle Zeiten und für alle, auch außerirdische und außermenschliche Culturen nothwendig behalten und welche daher als ‚natürliche Maaßeinheiten‘ bezeichnet werden können …“

– Max Planck


Eine Planckmasse ist sogar fast schon auf der „menschlichen“ Größenskala – ein Floh wiegt 4.000 bis 5.000 Planckmassen.

Auch wenn du erklärst, dass selbst die Zeit "geqauntelt" ist, das heißt
"Kürzer oder schneller als die Planck-Zeitspanne ( 5,39106 · 10−44 s) geht nicht",
mit dem Wissen kannst du die Zuhörer den Begriff "Gegenwart" mal selber neu definieren lassen.

Naja, erstmal soviel, ich hoffe das alles war nicht zuviel.

Gruß Merman

Hawkwind
30.10.12, 13:28
Planck selber hat daraus noch die interessanten Planck-Einheiten abgeleitet:
kleinste Länge, kleinstes Volumen, kürzeste Zeitspanne usw.

http://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Einheiten



Die Plancklänge etc. ist keine kleinste Länge. Sie gibt pi mal Daumen eine Größenordnung an, unterhalb derer die Beschreibung durch die Allgemeine Relativität nicht mehr ausreicht, d.h. Effekte einer quantisierten Theorie der Gravitation wichtig werden.
Eine etablierte Theorie der Quantengravitation gibt es aber noch nicht. Diese Planck-Größen geben also Größenordnungen an, unterhalb derer die bekannten Standardtheorien keine zuverlässigen Aussagen machen können.

Meines Wissens ist nicht so klar, ob Raum und Zeit überhaupt gekörnt oder gequantelt sind. Nach der Standardquantenmechanik ist die Wirkung gequantelt und somit für gebundene Probleme (z.B. Atome) auch die Energie.

Gruss,
Hawkwind

amc
30.10.12, 14:11
Meines Wissens ist nicht so klar, ob Raum und Zeit überhaupt gekörnt oder gequantelt sind.

Genau, sehr wichtig. Die Frage stellt sich, dazu gibt es ja auch viele Konzepte, aber letztendlich wissen wir nicht genau wie Raum und Zeit aufgebaut sind.

Grüße, amc

Hawkwind
30.10.12, 16:55
Genau, sehr wichtig. Die Frage stellt sich, dazu gibt es ja auch viele Konzepte, aber letztendlich wissen wir nicht genau wie Raum und Zeit aufgebaut sind.

Grüße, amc

Eben. Und da der Fragesteller sicherlich über die Standard-Quantentheorie sprechen soll, würde ich solche Spekulationen in so einem Kurzvortrag ganz außen vor lassen.

Gruss,
Uli

amc
30.10.12, 17:07
Eben. Und da der Fragesteller sicherlich über die Standard-Quantentheorie sprechen soll, würde ich solche Spekulationen in so einem Kurzvortrag ganz außen vor lassen.

Ich denke, es kommt darauf an wie man das darstellt. Sind ja schon interessante Überlegungen. Kann man aber auch weg lassen. Wenn man die Frage nach der Quantelung von Raum und Zeit stellt, sollte man es aber vielleicht doch lieber erst am Schluss machen und nicht schon am Anfang. Wichtig ist die Erkenntnis über die Quantelung von Energie und Wirkung.

Grüße, amc

Uli
30.10.12, 17:25
100% d'accor.

RoKo
30.10.12, 19:52
Hallo,

ein pädagogischer Tipp: nicht zuviel. In 15 Minuten kann man drei Gadanken vortragen.

hier ein gutes Beispiel "Einstieg mit Bombe" (http://www.univie.ac.at/future.media/qu/quantentheorie.html)

amc
31.10.12, 12:08
Und Neutrino, haben wir mehr verwirrt als geholfen? :)

Um die Sache besser einschätzen zu können - was hängt für dich von der Präsentation ab? Hast du Vorgaben bekommen, wie z.B. "Quantenphysik in 15 Minuten", oder kannst du Thema und Inhalt frei gestalten? Sollst/willst du einen Gesamteindruck vermitteln, was man sich unter Quantenphysik vorzustellen hat oder ist es ok, bzw. favorisierst du es, sich eher auf bestimmte Dinge zu konzentrieren?

Du solltest dir also die Frage des Ziels bzw. des Themas klar stellen. Wie gesagt, wenn dir der Doppelspalt besonders zusagt, setze vielleicht hier an.

Der "Einstieg mit Bombe", ist auch sehr gut geignet. Dazu findet man auch viel Material. Vielleicht solltest du dazu auch diesen Wiki-Artikel lesen: http://de.wikipedia.org/wiki/Wechselwirkungsfreie_Quantenmessung.


Und vielleicht hilft es dir auch, nochmal nach der "Entstehung der Quantenmechanik" o.ä. zu suchen. Damit du ein besseres Gefühl für die Chronologie und die Zusammenhänge bekommst.

Wie fit fühlst du dich denn "in der Materie"? Die Zeit (bis nächste Woche) ist ja nun auch nicht mehr sehr lang. Daher macht es vielleicht wirklich Sinn, sich überwiegend auf eine Sache (ein Experiment) zu beschränken und ansonsten nur einen ganz groben Überblick zu geben, wenn überhaupt - auch mit Blick auf die Zeitvorgabe von 10-15min. Was passiert eigentlich, wenn du erst nach 20min fertig bist?

Auch nicht ganz unwichtig: Wie fit "in der Materie" ist denn die Lehrerin / der Lehrer, die/der dich ggf. bewertet?

Grüße, amc

amc
31.10.12, 12:20
gebundene Probleme (z.B. Atome)

Ähh, "Systeme"? ;)

Grüße, amc

Hawkwind
31.10.12, 14:15
Ähh, "Systeme"? ;)

Grüße, amc

"... bei Problemen, deren Lösung gebundene Zustände sind" oder so ähnlich ... die übliche Schreibfaulheit.

Timm
31.10.12, 23:08
Die Plancklänge etc. ist keine kleinste Länge. Sie gibt pi mal Daumen eine Größenordnung an, unterhalb derer die Beschreibung durch die Allgemeine Relativität nicht mehr ausreicht, d.h. Effekte einer quantisierten Theorie der Gravitation wichtig werden.
Eine etablierte Theorie der Quantengravitation gibt es aber noch nicht. Diese Planck-Größen geben also Größenordnungen an, unterhalb derer die bekannten Standardtheorien keine zuverlässigen Aussagen machen können.

Auch in der LQG ist die Plancklänge bestimmend für Etwas. Martin Bojowald schreibt S. 109 in "Zurück vor den Urknall": In einem Zustand ohne die Schleifen der Quantengravitation existieren noch nicht mal Raum und Volumen". Angesichts der Unfertigkeit der LQG, kann man nicht von einer etablierten Theorie sprechen. Aber es würde mich wundern, wenn über < Plancklänge physikalische Aussagen möglich wären.

Gruß, Timm

Neutrino
01.11.12, 02:48
Danke euch allen erstmal für die tollen Antworten! haben mir schon sehr weitergeholfen!

Um die Sache besser einschätzen zu können - was hängt für dich von der Präsentation ab? Hast du Vorgaben bekommen, wie z.B. "Quantenphysik in 15 Minuten", oder kannst du Thema und Inhalt frei gestalten? Sollst/willst du einen Gesamteindruck vermitteln, was man sich unter Quantenphysik vorzustellen hat oder ist es ok, bzw. favorisierst du es, sich eher auf bestimmte Dinge zu konzentrieren?

Also, unsere Direktorin hat festgelegt, dass alle 7-Klässler/Innen eine Präentation in einer anderen Klasse halten sollen, damit wir lernen vor (fast) unbekanntem Publikum zu sprechen. Und man konnte sich irgendein Thema aussuchen. Ich hab hald schon einiges über Quantenphysik gelesen usw. und finde das auch sehr interessant, deswegen die Entscheidung. Es ist also ganz frei wie ich das mache, es zählt nicht einmal zu irgendeiner Note.

Ich glaube, dass ich es in diese 4 Punkte gliedere:
1. Quantenphysik Einführung (Begrifferklärung, Max Planck, evtl. wichtige Physiker)
2. Unterschied Klassische-/Quantenphysik (Neues Weltbild; Nichtlokalität, Unschärferelation, Welle/Teilchen, Wahrscheinlichkeiten usw. möglichst oberflächlich)
3. Doppelspaltexperiment (evtl. mit Kurzvideo, Weiterführung -> 'Der Mond ist nur da wenn man ihn betrachtet')
evtl.4. Quantenphysik im Alltag (Beispiele)

Ich bin natürlich offen für Ideen/Veränderungen :)

ein pädagogischer Tipp: nicht zuviel. In 15 Minuten kann man drei Gadanken vortragen.

hier ein gutes Beispiel "Einstieg mit Bombe"

Ich hab mir schon überlegt, dass ich vielleicht Punkt 4 weglasse, aber auch wenn es 20min dauert, ist das denk ich mal nicht schlimm.

Den Elitzur-Vaidman-Bombentest habe ich aus dem Grund nicht eingebaut, weil ich persönlich das Doppelspaltexperiment anschaulicher finde. (Das DSE kenn ich auch besser)


Wie fit fühlst du dich denn "in der Materie"?

Naja ich hab mir bis jetzt immer nur vereinzelte, für mich interessante Experimente herausgepickt, aber nicht QP von Grund auf durchgemacht.
Aber mit den Grundlagen kenn ich mich jetzt, glaube ich, schon relativ gut aus.

Was passiert eigentlich, wenn du erst nach 20min fertig bist?

Wäre denk ich mal nicht schlimm.. Die Direktorin überprüft das sicher nicht und auch wenn, es wäre sicher nicht negativ.
Ich will es nur nicht zu lange machen, weil sonst keiner mehr aufpasst ;)

Der Physiklehrer kennst sich auf jeden Fall sehr gut damit aus, aber wie gesagt, Benotung gibt es hier garnicht, nur so einen Feedback-Bogen für mich selber.


Nochmal danke für eure Hilfe, heute oder morgen werd ich sicher noch ein paar Fragen reinstellen. :)

Grüße,
Neutrino

Neutrino
01.11.12, 17:19
Was haltet ihr von dem Aufbau?

Zwei Fragen noch:
1.Was genau beschreibt die Nichtlokalität? Ist das der Gedanke, dass durch den Urknall alle subnuklearen Teilchen verschränkt sind?

2. Was ist genau damit gemeint, dass alles nur mit Wahrscheinlichkeiten beschrieben wird, steht das mit der Unschärferelation in Zusammenhang?

Gruß,
Neutrino

Neutrino
01.11.12, 20:42
Will denn keiner mehr antworten? ;)

amc
01.11.12, 22:26
Zwei Fragen noch:
1.Was genau beschreibt die Nichtlokalität? Ist das der Gedanke, dass durch den Urknall alle subnuklearen Teilchen verschränkt sind?

2. Was ist genau damit gemeint, dass alles nur mit Wahrscheinlichkeiten beschrieben wird, liegt das mit der Unschärferelation in Zusammenhang?

Die Nichtlokalität ist eine spannende Sache. Du brauchst aber nicht bis zum Urknall zurück gehen. Es sollte unwahrscheinlich sein, dass Verschränkungszustände, die zum Urknall zurückreichen, noch Bestand haben können. Verschränkungszustände lösen sich schnell auf bei Wechselwirkung mit der Umgebung. Aber wie das genau ist, mit möglichen "Urknall-Verschränkungen", weiß ich auch nicht.

Wenn z.B. ein Atom Energie in Form von zwei Photonen abgibt, können diese verschränkt sein. Verschränkt bedeutet hier, sie müssen voneinander abhängige, bzw. zueinander korrelierte Eigenschaften aufweisen, wenn man sie misst. Um die Erhaltungssätze zu erfüllen, müssen sie diese Korrelationen aufweisen und sie tun es tatsächlich, egal wie weit sie sich voneinander entfernt haben. Es scheint ein instantaner Austausch stattzufinden. Zum Besipiel kann es sein, dass, wenn man die Polarisation des einen Teilchens misst, automatisch klar ist, welche Polarisation das andere Photon aufweisen wird. Und das obwohl die Polarisationen vorher unbestimmt waren und der Zufall im Moment der Messung erst entscheidet.

Das bedeutet nun offenbar, dass ein Vorgang der "hier" stattfindet, nicht nur lokalen Einfluss hat, also nicht nur Einfluss auf die unmittelbare Umgebung hat, sondern dass auch das Verhalten weit entfernter Teilchen (eben das der verschränkten Partnerteilchen) von diesem Vorgang abhängig sein kann. Das Verhalten dieser Teilchen weißt einen nichtlokalen Charakter auf.

Diese Quantenphänomene stehen aus dem Grund nicht im Widerspruch zum Kausalitätsprinzip und widersprechen Einstein deshalb nicht, weil dabei niemals Informationen übertragen werden können, und so niemals Situationen entstehen, die unklare kausale Zusammenhänge erzeugen.

Zur Wahrscheinlichkeit:
Ja, das steht auch im Zusammenhang mit der Unschärferelation. In der klassischen Physik ging man davon aus, dass Ort und Impuls eines Teilchens mit theoretisch beliebiger Genauigkeit bestimmbar wären. Heisenberg hat hier Grenzen gesetzt. Es ist auch so, dass Ort und Impuls offenbar nicht nur nicht beliebig genau bestimmbar sind, sondern sie sind auch offenbar tatsächlich nicht bestimmt, bis man sie misst (unter Einhaltung der nicht zu umgehenden Unschärferelation natürlich), bzw. bis sie in Wechselwirkung mit der Umgebung treten. Es lassen sich auf Quantenebene nur noch Wahrscheinlichkeiten für zu erwartende Ereignisse angeben, der strikte Determinismus ist hier ausgehebelt und es regiert der Zufall, so wird dies üblicherweise gesehen.

In der Quantenphysik wurde die Wellenfunktion eingeführt, mit der sich die Wahscheinlichkeiten für die verschiedenen zu erwartenden Ereignisse ausdrücken lassen. Die Schrödinger-Gleichung beschreibt, wie sich diese Wahrscheinlichkeiten im Laufe der Zeit verändern.

Das faszinierende ist nun der Zusammenhang zwischen der Wellenfunktion (den Wahrscheinlichkeiten) und der Nichtlokalität. Wenn ein Vorgang "hier" dazu führt, dass sich Änderungen in den Wahrscheinlichkeiten ergeben, sich also die Wellenfunktion verändert, dann scheinen alle verschränkten "Partner", egal wo sie sind, von dieser Veränderung stets und instantan zu "wissen".

Du musst bedenken, dass die Wellenfunktion üblicherweise als reines mathematisches Werkzeug betrachtet wird, zu dem es keine reale Entsprechung in unserer Welt gibt. Es ist in jedem Fall so, dass die Nichtlokalität und die Wellenfunktion Fragen aufwerfen, die bisher nicht geklärt sind und es teilweise eine Frage der Interpretation ist. Man könnte sagen, die ontologische Aussage bleibt offen. Aber wir können ja bereits so beindruckend viel Quantenphysik anwenden, obwohl man nicht alles versteht. Und es ist klar, dass die Quantenphysik recht hat, sie wird gebraucht. Und man kann sie als am besten und widerspruchsfreiesten bestätigte physikalische Theorie bezeichnen.

Grüße, amc

Neutrino
02.11.12, 01:40
Gut das hab ich jetzt verstanden, danke amc!

Ich hätte nur noch ein paar Frage zu Planck:

Wie kommt Planck auf den Wert des Wirkungsquantums und was genau hat es für einen Nutzen in der Quantenphysik?
Wie kann ich das möglichst einfach erklären / ist es überhaupt so wichtig, das zu erwähnen?

Grüße,
Neutrino

Philipp Wehrli
02.11.12, 09:12
Gut das hab ich jetzt verstanden, danke amc!

Ich hätte nur noch ein paar Frage zu Planck:

Wie kommt Planck auf den Wert des Wirkungsquantums und was genau hat es für einen Nutzen in der Quantenphysik?
Wie kann ich das möglichst einfach erklären / ist es überhaupt so wichtig, das zu erwähnen?

Grüße,
Neutrino
Planck hat das Wirkungsquantum eingeführt, um die Schwarzkörperstrahlung korrekt zu beschreiben. Er hielt das für einen mathematischen Trick. Ich würde nicht zu lange über diese historischen Dinge reden. Stell besser ein modernes Experiment im Detail vor, das die Neuheit der Quantentheorie möglichst klar zeigt.

Timm
02.11.12, 10:00
1.Was genau beschreibt die Nichtlokalität? Ist das der Gedanke, dass durch den Urknall alle subnuklearen Teilchen verschränkt sind?


Wenn Du unter Nichtlokalität googelst stößt Du schnell auf die berühmten EPR Experimente. Mißt man eines von 2 verschränkten Photonen, ist die entsprechende Eigenschaft (z.B. die Polarisation) des anderen im Prinzip beliebig weit entfernten Photons instantan festgelegt. Das klingt mystisch, ist aber in voller Übereinstimmung mit der Quantenphysik.
Eine relativ gute Einführung findest Du hier (http://www.quantenphysik-schule.de/epr.htm), bei Wikipedia natürlich auch,

Gruß, Timm

Neutrino
02.11.12, 18:58
Super danke!

Ab welcher Größeneinheit beginnt eigentlich die Quantenmechanik?
Ich würde schätzen ab dem Molekül, also das Molekül ausgeschlossen (ab 10^-4 m), stimmt das?

Marco Polo
02.11.12, 19:28
Ab welcher Größeneinheit beginnt eigentlich die Quantenmechanik?
Ich würde schätzen ab dem Molekül, also das Molekül ausgeschlossen (ab 10^-4 m), stimmt das?

Meines Wissens ist das noch nicht abschliessend geklärt. Ich erinnere mich an Experimente mit Fullerenen.

So weit ich weiss, ist das Problem bei noch größeren Objekten die Isolation von der Umgebung und damit
das Ausschliessen von Wechselwirkungen mit ebendieser. Stichwort: Dekohärenz.

http://de.wikipedia.org/wiki/Dekoh%C3%A4renz

Grüsse, Marco Polo

amc
03.11.12, 14:38
Was haltet ihr von dem Aufbau?

Wie auch immer du es letztendlich machst, ich bin recht sicher, du wirst es ganz gut hinkriegen. Versuche in jedem Fall darauf zu achten, die Leute (und dich selbst) nicht zu verwirren und die Dinge, die (für deine Präsentation) sekundär erscheinen, weg zu lassen.

Es lässt sich auch meistens nur über das gut referieren, was man selber versteht (zumindest halbwegs). Sonst wird man unsicher. Wenn du versuchst, dich darauf zu konzentrieren und dies gut darstellst, ist es vermutlich schon mehr als ausreichend.

Ich denke auch, konzentriere dich überwiegend auf ein Experiment (vielleicht mit Varianten - aus dem DS lässt sich schnell ein Quantenradierer machen), und nehme dies evtl. auch als Thema. Dann ist klar, worum es geht. Und an RoKo's Hinweis anlenend - lege dabei vielleicht drei (+-) wesentliche Punkte fest, die du herausarbeiten möchtest und die nach Möglichkeit bei dem einen oder anderen Zuhörer danach in Erinnerung bleiben sollen.

Und wenn du dies als Hauptteil bestimmst, kannst du deine Präsentation hiervon ausgehend strukturieren. Du siehst dann, wie viel Zeit du dafür brauchst und wie viel Zeit dir für den "Rest" bleibt, bzw. an welcher Stelle (während du das Experiment darstellst) es möglicherweise sinnvoll erscheint, einzuhaken und ein paar Hintergrundinformationen zu liefern. Und du erkennst dann vielleicht auch, welche Dinge du vor dem Experiment kurz darstellen solltest, damit es verstanden werden kann, und welche Dinge hier nur stören und dann ggf. nach dem Experiment erst vorkommen sollten, wenn überhaupt.

Falls du den DS nimmst, ist sicher ein entscheidender Punkt der Welle-Teilchen-Dualismus und die Frage, ob Licht aus Teilchen oder Wellen besteht. Hierzu kannst du kurz die Geschichte erwähnen. Z.B. hat Thomas Young zur Klärung dieser Frage 1802 erstmals einen DS-Versuch durchgeführt. http://de.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus#Historische_Anf.C3.A4nge

Und diese Fragestellung mündet dann bei Planck und Einstein (ja, es gibt Lichtteilchen), bei de Broglie (ja, auch bisher nur als Teilchen gedachte Objekte besitzen Wellencharakter), und in der quantenmechanischen Deutung dieses Dualismus. http://de.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus#Aufl.C3.B6sung_des_Welle-Teilchen-Dualismus_in_der_Quantenmechanik

Bei allem ist natürlich das Wichtigste, dass du es so machst, wie es für dich richtig bzw. sinnvoll erscheint, und womit du dich sicher fühlst. Hast du noch ein paar Tage oder macht ihr das jetzt schon Anfang dieser Woche?

Weiterführung -> 'Der Mond ist nur da wenn man ihn betrachtet'

Das sollte man sicherhaltshalber nochmal aufgreifen. Willst du erwähnen, dass dies eine durch die Geschichte der Quantenphysik aufgeworfene und berühmt gewordene Frage ist? Oder wie meinst du das? Ich verweise dazu auf die auch schon von Marco angesprochene Dekohärenz:

http://de.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus#Makroskopische_Betrachtung
In makroskopischen Gegenständen laufen permanent thermodynamisch irreversible Prozesse ab und es werden Photonen (Wärmestrahlung) mit der Umgebung ausgetauscht. Beides führt zur Dekohärenz des Systems, was bedeutet, dass ein anfangs möglicherweise interferenzfähiger Zustand sich sehr schnell in einen nicht interferenzfähigen umwandelt, der sich dann wie ein klassisches Teilchen, also nicht wie eine Welle verhält.

Das System "Mond" wird also durch die physikalischen Prozesse stets "betrachtet" und sollte mit ziemlicher Sicherheit auch dann vorhanden sein, wenn kein Mensch hinsieht.

Es gibt auch die Ansicht, dass "Realität" erst im menschlichen Bewusstsein stattfindet. Somit wäre der Mond nicht da, wenn niemand hinsieht. Das sind aber meist extreme Ansichten.

Grüße, amc

Neutrino
04.11.12, 11:25
Hast du noch ein paar Tage oder macht ihr das jetzt schon Anfang dieser Woche?

Ich halte es am Dienstag.

Willst du erwähnen, dass dies eine durch die Geschichte der Quantenphysik aufgeworfene und berühmt gewordene Frage ist? Oder wie meinst du das?

Naja in diesem Video ist das vorgekommen: http://www.youtube.com/watch?v=0xbrjDHCPFE

Ich glaub, dass es vielleicht etwas zum Verständnis weiterhilft ein Beispiel im Makrokosmos zu nennen. Tatsache ist ja, dass auch die Teilchen vom Mond vor einer Messung nur Wahrscheinlichkeitswellen sind, oder?
Aber ich würde natürlich sagen, dass es ein extremer Vergleich ist.


Eine Frage hätte ich noch zu einem Gedankenexperiment, das ich mir ausgedacht habe, also ob das funktionieren würde:

Ich nehme eine kleine Kiste, in die ich ein Elektron lege. Ich verschließe die Kiste und Teile sie in dier Mitte ohne das Elektron zu betrachten/messen. (nun ist es in beiden als Wahrscheinlichkeitswelle 50/50)
Dann nimm ich eine Kiste mit auf die andere Seite der Erde und egal welche Kiste man zuerst öffnet, man wird immer das Elektron finden, weil man dann die Welle kollabieren lässt und erst dann den Standort festlegt.
Stimmt das?


Grüße,
Neutrino

Hawkwind
04.11.12, 13:19
Ich glaub, dass es vielleicht etwas zum Verständnis weiterhilft ein Beispiel im Makrokosmos zu nennen. Tatsache ist ja, dass auch die Teilchen vom Mond vor einer Messung nur Wahrscheinlichkeitswellen sind, oder?



Nach der Messung aber auch - der Unterschied ist, dass die Wahrscheinlichkeit nach der Messung aus einer einzigen Spitze besteht, nämlich eine Spitze bei dem Messwert. Nach der Messung wird diese Spitze i.a. im Laufe der Zeit auch wieder auseinanderlaufen, verflachen.



Aber ich würde natürlich sagen, dass es ein extremer Vergleich ist.


Eine Frage hätte ich noch zu einem Gedankenexperiment, das ich mir ausgedacht habe, also ob das funktionieren würde:

Ich nehme eine kleine Kiste, in die ich ein Elektron lege. Ich verschließe die Kiste und Teile sie in dier Mitte ohne das Elektron zu betrachten/messen. (nun ist es in beiden als Wahrscheinlichkeitswelle 50/50)
Dann nimm ich eine Kiste mit auf die andere Seite der Erde und egal welche Kiste man zuerst öffnet, man wird immer das Elektron finden, weil man dann die Welle kollabieren lässt und erst dann den Standort festlegt.


Man wird es finden oder auch nicht: die Wahrscheinlichkeit ist 1:1. Findest du es nicht und deine Ortsmessung ist von der Art, dass du eine Hälfte komplett gescannt hast, dann kollabiert die Welle nicht komplett zu einer Spitze sondern zu einer Glocke über die andere Hälfte. Die Wahrscheinlichkeitswelle spiegelt unser Wissen über den Zustand wider.

Übrigens gibt es auch eine Wahrscheinlichkeit, das Elektron außerhalb der Kiste nachzuweisen; das ist der quantenmechanisch Tunneleffekt. Teilchen können in der Quantentheorie Barrieren durchtunneln, die in der klassischen Physik unüberwindbar sind:
http://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt

Wäre vielleicht auch eine Erwähnung wert.

Neutrino
04.11.12, 13:30
Man wird es finden oder auch nicht: die Wahrscheinlichkeit ist 1:1. Findest du es nicht und deine Ortsmessung ist von der Art, dass du eine Hälfte komplett gescannt hast, dann kollabiert die Welle nicht komplett zu einer Spitze sondern zu einer Glocke über die andere Hälfte. Die Wahrscheinlichkeitswelle spiegelt unser Wissen über den Zustand wider.

Würde das bedeuten, dass man dann nur "ein halbes" Elektron wiederfindet? o.O

amc
04.11.12, 13:43
Hi Uli,

Die Wahrscheinlichkeitswelle spiegelt unser Wissen über den Zustand wider.

Was ist mit subjektiver Unkenntnis und objektiver Unbestimmtheit? Sollte es statt "Die Wellenfunktion beschreibt unser Wissen über die Zustände" nicht lieber "Die Wellenfunktion beschreibt das, was wir von den Zuständen wissen können" heißen?

Mal anders gefragt: Ist die Wellenfunktion relativ oder absolut? Zum Beispiel, könnte eine Wand der Kisten nicht schon längst "wissen" ob das Elektron "hier" ist? Welche Rolle spielt das bei der Anwendung der Wellenfunktion?

Müssen wir die Kisten irgendwie in die "Wellenbeschreibung" mit aufnehmen, um die Situation (Zustand des Elektrons), wie sie sich uns darstellt, korrekt ausdrücken zu können?

Grüße, amc

amc
04.11.12, 13:46
Würde das bedeuten, dass man dann nur "ein halbes" Elektron wiederfindet? o.O

Ne das gibts nicht. Elektrone sind nach dem "Standardmodell der Elementarteilchenphysik" unteilbar. :)

Leider (ich finde das aber ganz gut) sagt uns die Quantenphysik, das die Frage, was mit den Teilchen vor der Messung "passiert", eine Frage ist, die wir uns so leicht nicht mehr stelllen können. Die Quantenmechanik verträgt sich nicht mit den alltäglichen bzw. "klassischen" Vorstellungen von den Dingen. Es ließe sich also auch nicht so leicht mit Berechtigung sagen: "Das Elektron fliegt durch beide Schlitze des DS". Das sind "klassische" Bilder, die so erstmal nicht mehr zutreffen. Es ist ein Bisschen wie mit Gott, mach dir vielleicht lieber kein Bild davon. ;)

Grüße, amc

P.S. Das wäre jetzt sicher Futter für Richy. Er fehlt.

Neutrino
04.11.12, 13:53
Ne das gibts nicht. Elektrone sind nach dem "Standardmodell der Elementarteilchenphysik" unteilbar.

Klar, das dachte ich mir auch, aber was findet man sonst vor, wenn nicht das ganze Elektron? die Welle wird ja nicht geteilt, weil si ja nur aus Information besteht. Sie ist also in beiden Kisten vorhanden. (?)

amc
04.11.12, 14:05
Klar, das dachte ich mir auch, aber was findet man sonst vor, wenn nicht das ganze Elektron? die Welle wird ja nicht geteilt, weil si ja nur aus Information besteht. Sie ist also in beiden Kisten vorhanden. (?)

Versteh ich jetzt nicht so recht. Entweder du findest das/ein (ganzes) Elektron, oder keines.

"Die Wellenfunktion besteht aus Information" solltest du so lapidar nicht sagen, wenn es um (Standard-) Physik geht. Du erhebst hier etwas (du sagst Information) in den Status etwas real Seiendes. Wir wissen gar nicht, ob die Wellenfunktion real existiert und aus etwas besteht.

Grüße, amc

Neutrino
04.11.12, 14:14
Und eine Frage hab ich noch zu 'QP im Alltag':

In welcher Hinsicht beruhen diese Punkte auf die QM?

Kernenergie (Protonen von Neutronen getrennt, starke Kernkraft genutzt (?))

Sonnenenergie (Photoelektrischer Effekt (?))

Laser (Theorie von Einstein, sehr kurze Frequenz (?))

Röntgenstrahlen (Beschleunigung von geladenen Teilchen, Bremsstrahlung (?))

Festplatte (magnetische Codierung (?))
Digitale Displays (mhhh (?))
Transistoren (verstärken bzw. schalten von elktr. Signalen, wichtig für PC (?))
Mikrowellen (mhhh (?))
Nano-Technologie (mhhh (?))
Chemie (Atom-Modell (?))
Pharmazie (mhhh (?))

Wäre super falls ihr mir noch helfen könntet diese Punkte zu ergänzen, inwiefern das zusammenhängt mit der QP.


Danke schonmal im voraus,

Grüße,
Neutrino

amc
04.11.12, 18:08
Hi Neutrino,

vielleicht ist dir auch dieser Gedanke nützlich, der etwas zu kurz kam, zumindest bei mir:

Die Quantenphysik zeigt uns, dass wir, um den Zustand eines verschränkten Teilchens zu beschreiben, es nicht mehr isoliert betrachten dürfen. Wir müssen die verschränkten Partner mit einbeziehen und alles irgendwie als eine Einheit betrachten/beschreiben. Ein Teilchen, dass mit einem anderen verschränkt ist, kann nicht mehr einzeln beschrieben werden, wir müssen die Teilchen mithilfe der Quantenmechanik als ein Gesamtsystem beschreiben, auf das man auch nur noch als Gesamtsystem einwirken kann. Das dies so ist, wissen wir recht sicher. Warum genau, das wissen wir nicht.

Zumindest für mich persönlich stellt sich dann die Frage, ob man hier überhaupt von irgend einem Austausch (und und von irgend einer Geschwindigkeit > Lichtgeschwindigkeit) ausgehen sollte. Vielleicht sollte man fragen: Warum ist hier kein Austausch notwendig? Darum schrieb ich auch von einem "scheinbaren Austausch". Ist aber meine Meinung.

Die offensichtliche Unmöglichkeit einer Informationsübertragung im Sinne einer Kausalitätsverletzung ist hierbei ein entscheidender Punkt, auf den man sich konzentrieren kann. Der "Objektive Zufall" der QM sorgt bei der Quantenteleportation dafür, dass es keine instantanen "Quantentelegramme" geben kann, ohne zusätzlich auch max. lichtschnell zusätzliche Daten schicken zu müssen, um das "Quantentelegramm" zu entschlüsseln und die Informationen des "Telegramms" für uns zugänglich zu machen.

Auch noch dies: Es lässt sich bei der Frage nach dem "Weg" eines Teilchens durch den DS auch beim Quantenradierer durchaus oft eine objektive "klassische" Aussage machen, ob z.B. links durch den Spalt / rechts durch den Spalt, und dieses Teilchen lässt sich dann auch mit einiger Berechtigung wie eine "Gewehrkugel" vorstellen. Allerdings bei entsprechenden Versuchen auf sonderbare Weise erst "rückwirkend". Eben dann, wenn der "Teilchencharakter" durch entsprechende Messungen / Wechselwirkungen erst nachdem das Teilchen den DS eigentlich schon passiert haben müsste zum Vorschein kommt / festgelegt ist.

Und dieses, nach klassischer Sicht rückwirkend erscheinende Phänomen, ist auch ein Faszinosum der Nichtlokalität. Es ist so, als hätte man z.B. beim Quantenradierer eine Art "Galgenfrist", bis zu der man noch entscheiden kann, ob der Weg des Teilchens festgelegt sein soll oder bis in alle Ewigkeit unbestimmbar.

Grüße, amc

P.S.: Ich glaube, zu der "QP im Alltag"- Frage, können dir andere besser helfen.

amc
05.11.12, 01:02
Und eine Frage hab ich noch zu 'QP im Alltag'

Wenn du dir dies ab 43:30 ansiehst (mindestens ab 51:30), hilft es dir vielleicht hier einen möglichen "Faden" zu finden:

http://www.youtube.com/watch?v=jz7e3LG9zrg

Grüße, amc

mermanview
05.11.12, 14:31
Hallo Neutrino,

ich habe nicht alles durchlesen können, daher wiederhole ich evtl. etwas, was schon weiter oben erwähnt wurde.

Du könntest die Bereiche Alltag (USB-Stick) und QM über das Phänomen des Tunneleffektes miteinander verbinden.

http://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt#Flash-Speicher

Grüße, Merman

Neutrino
05.11.12, 21:10
So, ich bin jetzt so ziemlich fertig mit dem Referat und möchte mich ganz herzlich bei euch allen bedanken, dass ihr mir so viele hilfreiche Antworten geben konntet!
Besonders an amc, du hast dir echt viel Arbeit angetan, danke!

Also ich glaube man kann den Thread jetzt schließen.

Grüße,
Neutrino :)

amc
05.11.12, 22:57
So, ich bin jetzt so ziemlich fertig mit dem Referat und möchte mich ganz herzlich bei euch allen bedanken, dass ihr mir so viele hilfreiche Antworten geben konntet!
Besonders an amc, du hast dir echt viel Arbeit angetan, danke!

Kein Ding. Mir hilft sowas auch. Und nie vergessen: 'Wer sagt er habe die QP verstanden, der hat sie nicht verstanden.' Also nicht verrückt machen lassen... ;)

Grüße, amc

amc
07.11.12, 10:16
Und, wie liefs'? Irgendwelche praktischen Tipps, falls mal jemand in Zukunft vor einer ähnliche Aufgabe steht und diesen Thread liest?

Grüße, amc

Neutrino
07.11.12, 19:14
Lief alles super! Ich glaube sogar, dass die meisten verstanden haben, was ich ihnen erzählt habe. ;)

Tipps:
1. Sehr gut vorbereiten und auf eventuelle Fragen gefasst sein. Ich wurde z.B., während ich über die Unschärferelation gesprochen habe, gefragt, auf welche Art man den Impuls bzw. den Ort eines Teilchens misst. Ich hab mir das zum Glück am Tag davor noch angeschat, also auch auf mögliche Fragen vorbereiten.

2. Ich hab mir zwar Moderationskarten vorbereitet, hab sie allerdings nach den ersten paar Sätzen weggelegt, weil sie mich egtl nur irritiert haben. Es ist auch viel angenehmer für das Publikum zuzuhören, wenn man nicht verkrampft versucht, die Sätze so zu bilden, wie man sie einstudiert hat, sondern versucht möglichst frei zu reden. Da ist es auch nicht schlimm, wenn man den ein oder anderen kleinen rhetorischen Fehler macht.

3. Bei wichtigen oder komplizierten Punkten langsam sprechen und evtl. wiederholen.

4. PowerPoint: Nur die wichtigsten Punkte, keine ganzen Sätze.
Außerdem ist PPT auch super, weil man dann nicht so leicht durcheinander kommt und es, meiner Meinung nach, eine gewisse Sicherheit gibt.

5. Nicht zu viel Stoff. Überhaupt wenn man über ein eher komplexes Thema spricht, sollte man am besten die Zuhörer/Innen nicht mit zu viel Informationen vollstopfen. Besser, man erklärt weniger, dafür umso genauer.

Grüße,
Neutrino

amc
09.11.12, 12:56
Lief alles super! Ich glaube sogar, dass die meisten verstanden haben, was ich ihnen erzählt habe.

Super! Viel Erfolg fürs Matura. Und überhaupt, weiter so. ;)

Btw.: Bist du Österreicher/Schweizer ... oder bevozugst du nur diesen Begriff?

Grüße, amc

Neutrino
09.11.12, 19:42
Danke dir!

Ich bin Österreicher, genauer noch Salzburger. ;)


Grüße,
Neutrino