Quantenmechanik

Die Quantenmechanik sichtbar gemacht: Rastertunnelmikroskopaufnahme von Kobaltatomen auf einer Kupferoberfläche. Das Messverfahren nutzt Effekte, die erst durch die Quantenmechanik erklärt werden können. Auch die Interpretation der beobachteten Strukturen beruht auf Konzepten der Quantenmechanik.

Die Quantenmechanik ist eine physikalische Theorie, die zur Beschreibung der Eigenschaften und Gesetzmäßigkeiten von Materie verwendet wird. Materielle Objekte, wie z.B. subatomare Teilchen, Atome, Moleküle oder makroskopische Materie, werden als einzelne Teilchen oder als aus einfacheren mikroskopischen Teilchen zusammengesetzte Systeme modelliert. Aus diesen Modellen können unter Anwendung des mathematischen Formalismus der Quantenmechanik der Zustand und die physikalischen Eigenschaften des Systems berechnet werden.

Die Grundlagen der Quantenmechanik wurden im Zeitraum von 1925 bis 1935 von Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Born, Pascual Jordan, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Paul Dirac, John von Neumann, Friedrich Hund und weiteren Physikern erarbeitet.

Während die klassische Physik im Bereich atomarer Massen und Abstände versagt, erlaubt die Quantenmechanik die sehr präzise Berechnung der physikalischen Eigenschaften von Materie im mikroskopischen und im makroskopischen Bereich. Die Quantenmechanik ist damit eine der Hauptsäulen der modernen Physik und bildet auf vielen ihrer Teilgebiete die Grundlage der theoretischen Beschreibung, so zum Beispiel für die Atomphysik, die Festkörperphysik und die Kern- und Elementarteilchenphysik, aber auch für verwandte Wissenschaften wie die Quantenchemie.

Die Quantenmechanik unterscheidet sich nicht nur in ihrer mathematischen Struktur grundlegend von der klassischen Physik. Sie scheint auch einigen Prinzipien zu widersprechen, die in der klassischen Physik als fundamental und selbstverständlich angesehen werden. Zur Deutung der Theorie wurde eine Reihe verschiedener Interpretationen entwickelt, die sich insbesondere in ihrer Konzeption des Messprozesses und in ihren metaphysischen Prämissen unterscheiden.

Dieser Artikel verzichtet weitgehend auf Formeln. Genauere Informationen zum mathematischen Formalismus finden sich im Artikel Mathematische Struktur der Quantenmechanik.

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