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Das Wort Quant kommt vom Lateinischen „quantum“, was „wie groß“ bzw. „wie viel“ bedeutet, also etwas Messbares, „Quantifizierbares“ beschreibt. Die Idee elementarer Grundbausteine der Welt kam schon im antiken Griechenland auf. Demokrit befand, dass Materie nicht unendlich geteilt werden kann, sondern dass man irgendwann auf Atome, auf unteilbare Stücke stoßen müsse. Diese Idee fand sich mehr als 2000 Jahre später bestätigt, allerdings war eine andere Frage, die nach der Natur des Lichts, der Motor für die Entwicklung der modernen Quantentheorie. Viele Jahrhunderte konnte nicht geklärt werden, ob Licht eine Welle oder ein Teilchen ist, bis Thomas Young Anfang des 19. Jahrhunderts mit seinem berühmten Doppelspaltversuch zeigte, dass Licht die für Wellen typischen Überlagerungsmuster zeigt. Damit schien die Frage geklärt zu sein, bis der Photoeffekt den Physikern den Kopf zerbrach: Durch Licht werden Elektronen aus Metalloberflächen gelöst, und das Seltsame daran war, dass es nicht von der Helligkeit des Lichts abhängt, ob ein Strom fließt, wie von einer Welle erwart, sondern von der Farbe. Albert Einstein löste das Problem, indem er ein ursprünglich rein theoretisches Konzept von Max Planck aufgriff, dass Licht in Paketen auftritt, wobei die Energie eines solchen Photons nur von der Wellenlänge, also der Farbe, abhängt. Licht verhält sich also mal wie eine Welle und mal wie ein Teilchen!? Spätestens nachdem gezeigt wurde, dass auch einzelne Elektronen wie Wellen mit sich selbst wechselwirken, war klar, dass dies ein universelles Paradoxon der Quantenwelt ist. Heute spricht man vom Welle-Teilchen-Dualismus, d. H. Je nach Kontext verhält sich Quant wie eine Welle oder wie ein Teilchen. In der Quantenwelt gibt es noch viele andere seltsame Phänomene, die unserer makroskopischen Intuition widersprechen. Die mathematischen Modelle und Theorien sind aber sehr erfolgreich und umfassen die Bausteine unserer Materie, wie Elektronen und Quarks, Teilchen, die elementare Kräfte vermitteln, wie Photonen und Gluonen, und selbst abstrakte kollektive Phänomene, wie Gitterschwingungen in einem Kristall, können als Quanten beschrieben werden. Ob unsere Quantenphysik wirklich die elementarste Beschreibung der Welt bietet, ist fraglich, jedenfalls wird schon fleißig an der Stringtheorie gearbeitet, die noch kleinere Strukturen fassbar machen soll.




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Alexander Wolf


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Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen
Alexander Wolf studierte an der Humboldt Universität zu Berlin Physik und Theoretische Biologie. Seit 2006 promoviert er am Bernstein Center for Computational Neuroscience über die mathematische Beschreibung von Bewegung und deren Übertragung auf Roboter.