Entwicklung der Quantenphysik …

• Stand der Physik um 1900 und das Selbstverständnis der Physiker

• Was war über die Atome bekannt?? Quantenmechanik ist zu allererst eine Theorie für Atome, Moleküle…

Die Entwicklung der Quantenphysik ist nur mit diesem historischen Hintergrund zu verstehen. Es ist für uns schwer uns klar zu machen wie wenigvon dem, was für uns selbstverständlich ist, damals bekannt war bzw.als gesicherte Erkenntnis galt.

Stand der Physik um 1900 Die Physiker waren enorm stolz auf das Erreichte. Viele waren

überzeugt, dass die Physik vor ihrem Abschluss stände.

• Newtonsche Mechanik (deterministisch)• Elektrodynamik (Maxwell 1865, Hertz el. Wellen 1887)

‘ wenn wir die Anfangsbedingungen der Welt zu einem bestimmten Zeitpunktkennen würden, dann liesse sich die Zukunft berechnen’

Max Planck wurde geraten nicht Physik zu studieren, da es dort kaum mehr interessante neue Aufgaben fuer junge Leute gäbe.

• Statistische Physik: war von Maxwell (1860) und Boltzmann (68-77) ebenfalls entwickelt und hatte einige grosse Erfolge. Sie war aber stark umstritten und hatte sehr prominente Gegner (z.B. Ernst Mach,

Max Planck und Schüler)

Gründe waren: 1. ein eher philosophischer: sie führte den Begiff des Zufalls in die Physik ein und der Wahrscheinlichkeitsaussagen 2. ein physikalischer: die Mechanik ist symmetrisch in der Zeit, während die

Thermodynamik eine Zeitrichtung hat (irreversible Prozesse). Bis ca. 1906 wurde der Wiederkehreinwand immer wieder vorgebracht..

3. An Atome konnte man glauben, es gab aber keinen Existenzbeweis. Es gab bei den Physikern daher grosse Gegnerschaft zur Atomtheorie.

Berühmte Abendvorlesung von Lord Kelvin 1900

I RelativitaetstheorieII Quantenphysik

Weiterentwicklung der Newtonschen Mechanik

Revolution: Korrektur der klassischen Mechanik und Elektrodynamik

Entwicklung der Atomtheorie

• es waren Chemiker, welche die Existenz von Atomen zuerst entwickelten und akzeptierten -John Dalton: Gesetz der multiplen Proportionen bei chem. Reaktionen (1803) - bis 1900 hatte sich in der Chemie die Atomhypothese durchgesetzt..

• Atome in der Physik - kinetische Gastheorie basiert auf Atomen (E.Mach: wer hat Atome gesehen?) - Entdeckung des Elektrons durch Thomson 1897 Rosinenkuchenmodell - Röntgenstrahlen : Röntgen 1895 - Radioaktivitaet: Bequerel 1898 - Einstein 1905: Theorie der Brownschen Molekularbewegung (+erster exp. Nachweis der statistischen Natur der Wärme)Duchbruch - Rutherford 1911: Streuexperimente mit α-Teilchen solide Basis für die Entwicklung der Atom- und Kernphysik- Max von Laue 1912: Röntgenbeugung an Kristallen Festkörperstruktur

Die Quantenphysik begann daher nicht mit der Atomphysik Die Entwicklung der Quantenmechanik ist aber sehr eng mit den Fortschritten im Verständnis der Atome verknüpft auch dies ist damit Thema des Seminars

Einige Kommentare zur Entwicklung der Quantenphysik

Die Entwicklung der Quantenphysik ist von wenigen Persönlichkeitenstark geprägt

Max Planck: tief verwurzelt in der klassischen Physik wurde er wider Willen zum ‘Revolutionär’. Er versuchte immer wieder die Quantenphänomene und die klassische Physik zu versöhnen. Er hat aber die ‘jungen Wilden’ immer gefördert und dafür gesorgt, das auch ‘exotische’ Ideen veröffentlicht wurden.

Albert Einstein: er nahm die Plancksche Quantenhypothese als erster ernst und zeigte, dass sie radikale Änderungen der klassischen Elektrodynamik (Photonen) und der klassischen Mechanik erzwingt

Er hat später die Quantenmechanik nie als vollständige Theorie akzeptiert (“ Gott würfelt nicht)

Bohr, Sommerfeld, Heisenberg, Schroedinger, Dirac, Born, Pauli …

Und eine grosse Zahl bedeutender Experimentalphysiker, deren Experimente denFortschritt und die Richtung in der Quantenphysik entscheidend beeinflusst haben

Grundideen des Seminars

• Das Seminar soll die historische Entwicklung der Quantenphysik beleuchten und damit auch die Geschichte der Protagonisten und der Widerstände gegen neue Ideen.

(d.h. unser heutiger Wissensstand soll, wenn überhaupt, nur am Ende kurz erwähnt werden – sie sollen hier nicht Quantenmechanik lernen)

• Bitte keine langen Herleitungen von Formeln (die wichtigen sollten aber an der Tafel stehen um Aussage

und Bedeutung zu diskutieren) • Zu jedem Thema gehören die experimentellen Grundlagen

bzw. Bestätigungen. Diese stammen teilweise erst aus den letzten 20 Jahren… sollte ca. 30% eines Vortrages ausmachen• Es ist sehr empfehlenswert und erwünscht, dass sie neben

zusammenfassenden Artikeln auch die Originalarbeiten lesen - die sind teilweise sehr interessant, lassen sie sich das nicht entgehen

• Ein Vortrag soll auf maximal eine Stunde geplant sein, d.h. nicht mehr als 30 nicht zu volle Folien…20 pt !

Wir brauchen Zeit für Diskussionen und die Evaluation..

Sonst:• Probevortrag unbedingt erforderlich• schriftliche Ausarbeitung• Videoaufzeichnung zur persönlichen Verwendung und Nachdiskussion mit Betreuer• Feedback durch alle Teilnehmer

Beobachtungen notierenAbschlussrunde: jeder sagt seine Meinung zum Vortrag und gibtVerbesserungsvorschlaege