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Einführung in die Struktur der Materie Atomphysik/Quantenphysik. Reinhard Dörner Institut für Kernphysik Doerner@hsb.uni-frankfurt.de. „Was die Welt im Innersten zusammenhält“. Dynamik und Struktur Moleküle, Atome, Kernematerie. Arbeitsgruppen am Institut für Kernphysik. - PowerPoint PPT Presentation
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Einführung in die Struktur der Materie Atomphysik/Quantenphysik
Reinhard Dörner Institut für Kernphysik
Doerner@hsb.uni-frankfurt.de
„Was die Welt im Innersten zusammenhält“
Dynamik und Struktur Moleküle, Atome, Kernematerie
Arbeitsgruppen am Institut für Kernphysik
Hochenergie Kernphysik
R. Stock H. Ströbele C. Blume
Atom/Molekülphysik
H. Schmidt-Böcking R. Dörner
Themen für Seminarvorträge:
10.11. Die Paulfalle10.11. Die Penningfalle
1.12. Bohr-Einstein Debatte um die Quantenmechnik
15.12. Beugung von „Fußbällen“ ein modernes Doppelspalt Experiment
26.1. Der Maser26.1. Ramsey Atomstrahlinterferenz
9.2. Zweiphotonenspektroskopie
1. Einführung1.1. Vergleich Quantenmechanik – klassische Theorien
Zentrale Unterschiede von klassicher und quantenmechanischer Sicht:
Klassische Theorien (Newtonsche Mechanik, Maxwell Elektrodynamik)
Quantenmechanik
•Deterministisch aus maximaler Beobachtung eindeutig auf Zukunft und Vergangenheit schliessen
•Indeterministisch nur Wahrscheinlichkeitsaussagen
•Teilchen: Orts&Impuls&Zeit Punkte
•Teilchen: Wellenfunktion
•Realität lokal d.h. räumlich entfernte Teilchen sind nur über
Kräfte verknüpft, Lichtgeschwindigkeit
•Realität nichtlokal auch weitentferne Teilchen sind verschränkt (Überlichtgeschwindigkeit)
•Kontinuierlich:(stetig, differenzierbar)
Energie und Drehimpuls kann jeden Wert annehmen
•Gequantelt: Energie und Drehimpuls habe nur diskrete Werte
„Those who are not shocked when they first come across quantum mechanics cannot possibly have understood it.“
Niels Bohr
I do not like it, and I am sorry I ever had anything to do with it.
Erwin Schrödinger, speaking of quantum mechanics
I think it is safe to say that no one understands quantum mechanics.
Richard Feynman
Zentrale Unterschiede von klassicher und quantenmechanischer Sicht:
Klassische Theorien (Newtonsche Mechanik, Maxwell Elektrodynamik)
Quantenmechanik
•Deterministisch aus maximaler Beobachtung eindeutig auf Zukunft und Vergangenheit schliessen
•Indeterministisch nur Wahrscheinlichkeitsaussagen
•Teilchen: Orts&Impuls&Zeit Punkte
•Teilchen: Wellenfunktion
•Realität lokal d.h. räumlich entfernte Teilchen sind nur über
Kräfte verknüpft, Lichtgeschwindigkeit
•Realität nichtlokal auch weitentferne Teilchen sind verschränkt (Überlichtgeschwindigkeit) (kein New Age Holismus)
•Kontinuierlich: Energie und Drehimpuls kann jeden Wert annehmen
•Gequantelt: Energie und Drehimpuls habe nur diskrete Werte
Lord Ernest Rutherford (1927):
„Anyone who expects a source of power from tranformations of
atoms is taking moonshine“
1. Einführung1.1. Vergleich Quantenmechanik – klassische Theorien1.2. Atomphysik im Netz anderer Themenbereiche
Atomphysik
MolekülphysikChemieReaktionen
Mikrobiologie
MeßtechnikNaturkonstanten
Astrophysik
Plasmaphysik
2 466 061 413 187 103(46) Hz Genauigkeit 10-14!!!H (2s-1s)PRL 84 (2000) 5496 Niering et alhttp://www.mpq.mpg.de/~haensch/hydrogen/h.html -> Sind Naturkonstanten Konstant?Messung heute wiederholen …
Laserphysik
MeteologieAtmosphärenphysik
Absorbtion/EmissionsspektrenAtome Ionen
Absorbtion/EmissionsspektrenAtome Ionen
Medizinphysik (Röntgen)Medizinischmessgeräte Strahlentherapie/schaden
Tiefer:Reaktionen - Belebte Welt
gesteuert von Elektronen!
2 466 061 413 187 103(46) HzH 1s-2s
92 Atome bauen die Welt(Elektronen – Kerne) bestimmen die Dynamik
http://www.mpq.mpg.de/~haensch/hydrogen/h.html
1. Einführung1.1. Vergleich Quantenmechanik – klassische Theorien1.2. Atomphysik im Netz anderer Themenbereiche2. Historischer Rückblick 2.2.Atomismus seit den Griechen
= unteilbar
Leukip (ca 440vChr.) und Schüler Demokrit (469-370v.Chr.)
Platonische Körper
Problem: Atome kann (konnte) man nicht sehen, daher immer Interpretation!-> Wissen aus einem Netz von Beobachtungen und Modellen Beobachtungen sind nicht Modellunabhängig
Immanuel Kant:
"Gedanken ohne Inhalte sind leer, Anschauungen ohne Begriffe sind blind"
Empirie – Theorie„Beobachtung“ - Modell
Dalton 1803 Atomhypothese: 1808: „A New System of Chemical Philosophy“
„Das Wesen der chemischen Umwandlung besteht in der Vereinigung
und Trennung von Atomen“
•Chemisch Elemente bestehen aus kleinsten Teilchen, die man chemisch nicht weiter zerlegen kann
•Atome desselben Elementes sind in Qualität, Größe und Masse gleich
•Verbindungen zwischen „Molekülen“: ganzahliges Massenverhältnis der Atome.
Michael Faraday (1791-1867):
1833 Atomistik der Elektrizität
Elektrolyse: abgeschiedene Menge des Materials proportional zur Ladungsmenge
Michael Faraday (1791-1867):
1833 Atomistik der Elektrizität
Elektrolyse: abgeschiedene Menge des Materials proportional zur Ladungsmenge
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