Quantentheorie verstehen

Grundlegende Vorstellungen und Begriffe

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Beschreibung
Quantentheorie verstehen
Die Quantentheorie ist das Teilgebiet der Physik, das in den letzten hundert Jahren seit Ihrer Entstehung die Welt am meisten verändert hat. Computer und Raumfahrt, Internet, Solarzellen, moderne Gehirnforschung und Flachbildschirme - all das wäre ohne die Quantentheorie nicht denkbar. Der nächste revolutionäre Schritt ist der Quantencomputer, um den der Wettlauf bereits begonnen hat.

Und dennoch ist die Quantenphysik noch immer das Teilgebiet der Physik, um das sich viele ungelöste Probleme und Fragen ganz grundlegender Natur ranken. In den Augen vieler Wissenschaftler:innen gilt sie als unverstehbar, nicht zuletzt auch aufgrund von Missverständnissen und unklaren Begrifflichkeiten. Dennoch hat sich in hundert Jahren viel getan. Es gibt neuere experimentelle Ergebnisse, die die Theorie bestätigen und sie sogar aus der Mikrowelt herausheben. Hier gibt es neuere Ansätze, die Brücken zur klassischen Physik schlagen.

Der Autor dieses Buches bietet nun erstmals eine Einführung in die Quantentheorie, bei der das Verstehen und die großen Zusammenhänge im Vordergrund stehen und nicht das Rechnen. Der Autor schlägt einen weiten Bogen und verbindet dabei die Quantenwelt mit dem Kosmos.
Hier einige Themen des Buches:
- Reale und mögliche Strukturen als Triebkraft der Natur
- Quanten und Schwarze Löcher
- die Sackgasse der kleinsten Teilchen
- Grundprinzipien der klassischen Physik versus Quantenphysik
- Zeitbegriff in der Physik
- Das Zählen von Fakten und Möglichkeiten
- Kosmologie und die Äquivalenz von Masse, Energie und Quanteninformation
- Lösungen für Probleme der gegenwärtigen Kosmologie
- die fundamentalen Wechelwirkungen

Für Studierende der Physik, die sich das Fachgebiet unter dem legendär gewordenen Motto „Shut up and calculate!“ (David Mermin) erschließen müssen, ist diese Einführung eine äußerst wertvolle Ergänzung.

Neu in der 2. Auflage:
Die nach der ersten Auflage verliehenen Nobelpreise über Quantenphänomene, 2022 für Physik und 2023 für Chemie, werden erklärt und die überraschenden Bilder vom James-Webb-Teleskop, neue Arbeiten zur Hirnforschung und Gravitationstheorie interpretiert. Die Schlussfolgerungen zeigen, wie wichtig es ist, die mathematischen Möglichkeiten der Quantentheorie für alle Bereiche der Naturwissenschaft zu nutzen und die Strukturen dieser Theorie verstehbar darzulegen.
Quantentheorie verstehen
Die Quantentheorie ist das Teilgebiet der Physik, das in den letzten hundert Jahren seit Ihrer Entstehung die Welt am meisten verändert hat. Computer und Raumfahrt, Internet, Solarzellen, moderne Gehirnforschung und Flachbildschirme - all das wäre ohne die Quantentheorie nicht denkbar. Der nächste revolutionäre Schritt ist der Quantencomputer, um den der Wettlauf bereits begonnen hat.

Und dennoch ist die Quantenphysik noch immer das Teilgebiet der Physik, um das sich viele ungelöste Probleme und Fragen ganz grundlegender Natur ranken. In den Augen vieler Wissenschaftler:innen gilt sie als unverstehbar, nicht zuletzt auch aufgrund von Missverständnissen und unklaren Begrifflichkeiten. Dennoch hat sich in hundert Jahren viel getan. Es gibt neuere experimentelle Ergebnisse, die die Theorie bestätigen und sie sogar aus der Mikrowelt herausheben. Hier gibt es neuere Ansätze, die Brücken zur klassischen Physik schlagen.

Der Autor dieses Buches bietet nun erstmals eine Einführung in die Quantentheorie, bei der das Verstehen und die großen Zusammenhänge im Vordergrund stehen und nicht das Rechnen. Der Autor schlägt einen weiten Bogen und verbindet dabei die Quantenwelt mit dem Kosmos.
Hier einige Themen des Buches:
- Reale und mögliche Strukturen als Triebkraft der Natur
- Quanten und Schwarze Löcher
- die Sackgasse der kleinsten Teilchen
- Grundprinzipien der klassischen Physik versus Quantenphysik
- Zeitbegriff in der Physik
- Das Zählen von Fakten und Möglichkeiten
- Kosmologie und die Äquivalenz von Masse, Energie und Quanteninformation
- Lösungen für Probleme der gegenwärtigen Kosmologie
- die fundamentalen Wechelwirkungen

Für Studierende der Physik, die sich das Fachgebiet unter dem legendär gewordenen Motto „Shut up and calculate!“ (David Mermin) erschließen müssen, ist diese Einführung eine äußerst wertvolle Ergänzung.

Neu in der 2. Auflage:
Die nach der ersten Auflage verliehenen Nobelpreise über Quantenphänomene, 2022 für Physik und 2023 für Chemie, werden erklärt und die überraschenden Bilder vom James-Webb-Teleskop, neue Arbeiten zur Hirnforschung und Gravitationstheorie interpretiert. Die Schlussfolgerungen zeigen, wie wichtig es ist, die mathematischen Möglichkeiten der Quantentheorie für alle Bereiche der Naturwissenschaft zu nutzen und die Strukturen dieser Theorie verstehbar darzulegen.
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(Geprüfte Bewertung)
29 Sep 2024

Der Titel ‚Quantentheorie verstehen, Grundlegende Vorstellungen und Begriffe‘ beschreibt exakt den übergreifenden naturwissenschaftlichen Rahmen. Dieses wissenschaftliche Werk umfasst nicht nur die Physik, sondern beschreibt auch die philosophische Einbet

Das Werk wurde in der zweiten Auflage an elementaren Stellen enorm erweitert: Der Umfang nahm insgesamt um gut 30% zu, einzelne Kapitel haben sich in der Seitenzahl verdoppelt.
So viel sei vorab bemerkt, für dieses Buch sind keine intensiven mathematischen Kenntnisse notwendig, auch wenn viele Aspekte auf mathematischen Grundkonzepten beruhen und hergeleitet werden. Alle mathematischen Kapitel können bedenkenlos überblättern werden, denn die mathematischen Grundlagen und deren Herleitungen werden auch sehr anschaulich verbal beschrieben. Für den mathematisch interessierten Leser stellen jedoch diese Kapitel eine enorme Bereicherung dar. Der Autor ist nicht nur ein brillanter Physiker, sondern auch ein sehr begabter Mathematiker.
Als Ausgangspunkt dieses hervorragenden Werkes diente sicherlich die Mathematik mit seinen bereitgestellten Strukturen. Durch die mathematischen Strukturen wird ein Gerüst für die Beschreibung und Erklärung der derzeit exaktesten naturwissenschaftlichen Theorie geschaffen. Das Werk spannt einen großen Bogen vom Aufbau der Elementarteilchen bis zum gesamten Kosmos auf naturwissenschaftlich stringente Weise.
Neben diesem Gesamtbogen werden auch die wesentlichen Merkmale des Lebens bis hin zum Bewusstsein inklusive eines kurzen Abrisses der Evolution beschrieben. Dabei werden intensiv die großen Zusammenhänge adressiert, wie die biologische Informationsverarbeitung.
Ein zentraler Punkt in dem Buch ist, aufbauend auf der v. Weizsäckerschen Grundidee der ‚Ure‘ und den Einsteinschen Hypothesen, die Herleitung und Beschreibung der einfachsten Quantenstruktur, aus der alle physikalischen Strukturen erzeugt werden können: aus den AQIs (Absolutes, noch bedeutungsfreies Bit von QuantenInformation) werden sie aufgebaut und in dem Konstrukt Protyposis (das Vorgeprägte) zusammengefasst. Damit wird auch gezeigt, dass eine einheitliche Grundlage für die Physik und noch weitergehend für die Naturwissenschaften existiert.
Durch die insgesamte Überarbeitung und kräftige Erweiterungen in den Kapiteln 7 (Grundprinzipien von klassischer und quantischer Physik) und 27 (Leben, Bewusstsein, Soziales) werden Gesamtzusammenhänge ausführlicher dargestellt und damit verständlicher. Kenntnisreich wird auf das „metastabile Fließgleichgewicht des Lebens“ eingegangen und auf die „Evolution des Lebens“ und die damit verbundene biologische Informationsverarbeitung. Da sich mit den kleinsten Teilchen nicht alles erklären lässt, sondern mit dem Aufbau aus einfachsten Strukturen, werden viele große Zusammenhänge verständlich.
Das Buch beschreibt auf naturwissenschaftlicher Basis den Bogen vom Elementarteilchen bis zum gesamten Kosmos, vom Leben bis hin zum Bewusstsein. Dabei werden auch noch für ungelöste Fragestellungen Lösungsvorschläge präsentiert oder angeboten, wie z.B. für dunkle Materie oder dunkle Energie. Für den naturwissenschaftlich interessierten Leser eine Pflichtlektüre und gleichzeitig auch ein Nachschlagewerk, wofür nicht zuletzt die ausgefeilte Struktur des Buches sorgt.

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Autor(en)

Prof. Dr. Thomas Görnitz
1994 bis 2009 Professur für Didaktik der Physik an der Goethe-Universität Frankfurt/M.
Arbeiten zur verständlichen Darstellung der Quantentheorie.
1994 Gründer der C. F. v. Weizsäcker-Gesellschaft. Bis 2016 Vorsitzender.

Mehr als zwei Jahrzehnte wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Carl Friedrich v. Weizsäcker, zahlreiche Veröffentlichungen und Vorträge der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und vieler weiterer Institutionen.
Michael und Biserka Baum-Preis des Frankfurter Fördervereins für physikalische Grundlagenforschung

Bücher:
Von der Quantenphysik zum Bewusstsein, Kosmos, Geist und Materie, Springer Verlag 2016
Der kreative Kosmos, Geist und Materie aus Quanteninformation, Springer Spektrum 2013

Prof. Dr. Thomas Görnitz
1994 bis 2009 Professur für Didaktik der Physik an der Goethe-Universität Frankfurt/M.
Arbeiten zur verständlichen Darstellung der Quantentheorie.
1994 Gründer der C. F. v. Weizsäcker-Gesellschaft. Bis 2016 Vorsitzender.

Mehr als zwei Jahrzehnte wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Carl Friedrich v. Weizsäcker, zahlreiche Veröffentlichungen und Vorträge der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und vieler weiterer Institutionen.
Michael und Biserka Baum-Preis des Frankfurter Fördervereins für physikalische Grundlagenforschung

Bücher:
Von der Quantenphysik zum Bewusstsein, Kosmos, Geist und Materie, Springer Verlag 2016
Der kreative Kosmos, Geist und Materie aus Quanteninformation, Springer Spektrum 2013

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