VP 06

Quantenobjekte: Entdeckungsreise in den Mikrokosmos
Vortragende/r: Dr. Hans-Otto Carmesin
Institution:Studienseminar Stade und Gymnasium Athenaeum
Datum:18. November 2020
Zeit:16:00 - 16:45 Uhr
Raum:Physik

Wir erkunden Quantenobjekte systematisch, eigenständig und aussagekräftig, bis an die Grenze des Bestimmbaren!
Erst entdecken wir mit der Elektronenbeugungsröhre Materiewellen, entwickeln die de-Broglie-Gleichung und messen die universelle Konstante h, das Plancksche Wirkungsquantum. Damit erkunden wir mit Computersimulationen das Elektronengas in Leitern, Halbleitern oder weißen Zwergsternen.
An modernen LED-Beleuchtungen entdecken wir die Emission sowie umgekehrt die Absorption von Lichtquanten und ermitteln wieder h. Ist Licht nun Welle oder Teilchen? Dazu beugen wir Licht am Doppelspalt, fotografieren das Beugungsmuster, lesen die Antreffhäufigkeiten ab und erkennen daran, dass die Antreffwahrscheinlichkeit proportional zum Quadrat der Wellenfunktion ist – so deuten wir Quantenobjekte stochastisch. Wir erweitern den Doppelspaltversuch durch Polarisatoren und entdecken die Welcher-Weg-Information, einfache Wegwahrscheinlichkeiten gibt es also nicht!
Wie genau sehen wir Quantenobjekte? Hierzu messen wir die Sehschärfe, analysieren diese und entdecken daran die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation, eine prinzipielle Grenze des Bestimmbaren, die unser Auge praktisch erreicht. So gut sehen wir. An Hörversuchen erkennen wir, dass auch unser Ohr bis zur physikalischen Grenze des Bestimmbaren hört. Unsere Wahrnehmung führt uns somit zu zwei Paaren komplementärer Größen, Ort und Impuls sowie Energie und Zeit.
Mit der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation ermitteln wir sogar die physikalisch maximal mögliche Größe des Cyberspace. Wir können den Cyberspace sogar sicherer machen: Dazu entdecken wir am Interferometer weitere komplementäre Größen sowie das Konzept der Nichtlokalität. Damit können wir naturgesetzlich sicher Quantenschlüssel und Nachrichten austauschen.
Bei allen Quantenobjekten ermitteln wir h als zentrale Naturkonstante, beispielsweise bei der Fotozelle, beim Röntgenbremsspektrum oder beim Neutronenstern.