Interdisziplinärer Zugang zu den Grundlagen der Quantentheorie

Lehrveranstaltung 3233 L 527 im Sommersemester 2017

Dozent: Prof. Dr. Eberhard E. Müller
eberhard.mueller@campus.tu-berlin.de

Vorlesung: (Beginn 18.04.)
Dienstag 17:15-18:45
Ort: H 1058
Hauptgebäude der TU, Straße des 17. Juni 135
10623 Berlin

Die Vorlesung richtet sich an Studierende aller Fachbereiche und interessierte Gäste.
3 ECTS-Punkte können durch Teilnahme an dieser Vorlesung erworben werden.

Die Quantentheorie ist die physikalische Grundlagentheorie, die alles materielle Geschehen beschreibt. Sie entstand zwischen 1900 und 1925 und erschütterte mit ihrem revolutionären Ansatz das Denken der klassischen, Newtonschen Physik. An ein und demselben physikalischen Objekt, beispielsweise bei Photonen und Elektronen treten sowohl Korpuskeleigenschaften als auch Welleeigenschaften auf. Die Entweder-Oder-Logik der klassischen Physik musste durch eine Sowohl-Als-Auch-Logik abgelöst werden. Diese Quantenlogik erfordert einen anderen mathematischen Rahmen als die klassische Physik. Eine Interpretation der Quantentheorie muss mit dem tradierten anschaulichen Verständnis der klassischen Physik brechen. Allerdings gibt es bis heute keinen Konsens über eine geeignete Interpretation.

Diese Einführungsvorlesung wird die Konzepte der Quantentheorie vorstellen und sich dabei an der historischen Entwicklung der Theorie orientieren. Der grundlegende Unterschied zur Newtonschen Physik wird herausgearbeitet. Vergleichbar revolutionäre Entwicklungen in den Geisteswissenschaften und in der Kunst zwischen 1900 und 1925 sollen schlaglichtartig beleuchtet werden. Dabei geht es um den Versuch, mittels einer interdisziplinären Zugangsweise der Quantentheorie einen kulturellen Ort zu verschaffen. Exemplarisch dazu wird Prof. Dr. Irmela von der Lühe, Germanistin, FU-Berlin in der Vorlesung am 25. April über "Zwischen Verfall und Verfeinerung: Thomas Manns 'Buddenbrooks' als Epochendiagnose" vortragen.

Gliederung der Vorlesung

• Überblick, Ziel der Vorlesung (1 Doppelstunde)
• Newtonsche Physik, anhand typischer Beispiele (2 Doppelstunden)
  • Freier Fall
  • Newtonsches Kraftgesetz
  • Gravitationsgesetz
  • Kreisbewegung
  • Planetenbewegung
  • Mathematisches Pendel, Schwingung

• Elektromagnetismus (2 Doppelstunden)
  • Elektrisches Feld, Beispiele
  • Magnetisches Feld, Beispiele
  • elektromagnetische Wellen
  • Superposition von Wellen, Interferenzen in der Optik

• Thermodynamik (2 Doppelstunden)
  • Kinetische Gastheorie
  • Hauptsätze der Thermodynamik
  • Carnotscher Kreisprozess, Wärmekraftmaschine, Wärmepumpe
  • Wärmestrahlung

• Beginn der Quantentheorie (2 Doppelstunden)
  • Plancksches Wirkungsquantum
  • Deutung des photoelektrischen Effekts durch Einstein
  • Bohrsches Atommodell
  • Komplementarität von Welle und Korpuskel

• Mathematische Erläuterung (1 Doppelstunde)
  • Zahlen, Vektoren, Funktionen, Operatoren
  • Lernziel: die mathematische Struktur einer nichtkommutativen Operatorenalgebra

• Die Grundstruktur der Quantentheorie (2 Doppelstunden)
  • Vertauschungsrelation
  • Heisenbergsche Unschärferelation
  • Beispiele von Quantenkorrelationen

• Zur Interpretation der Quantentheorie, Ausblicke (1 Doppelstunde)

Die Vorlesungsfolien finden Sie hier:

• Werner Heisenberg: Der Teil und das Ganze. dtv, München, 1973.
• Paul Arthur Schilpp (Hrsg.): Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher. Vieweg, Braunschweig, 1983
• Ernst Peter Fischer: Der Physiker Max Planck und das Zerfallen der Welt. Pantheon-Verlag, 2010.