Quantenmechanik

Die Quantenmechanik stellt die zentrale Revolution der modernen Naturwissenschaft dar und reicht in ihrer Bedeutung weit über die Physik hinaus: weder Chemie noch Biologie auf der molekularen Skala wären ohne sie verständlich. Moderne Informationstechnologie, vom Laptop über das Mobiltelefon und den Flachbildschirm bis hin zum Supercomputer, wäre ohne quantenmechanische Effekte undenkbar. Sie beschreibt die Welt auf der atomaren und subatomaren Skala und ist damit der Ausgangspunkt unseres modernen Weltbildes. Gleichzeitig stellt sie eine Provokation dar: im Menschen tief verankerte intuitive Vorstellungen vom Funktionieren der Welt, die mit den Prinzipien der klassischen Physik noch gut vereinbar waren, müssen aufgegeben werden. Ihre Akzeptanz liegt somit vor allem in dem enormen empirischen Erfolg begründet, den sie trotz ihrer recht einfachen Grundstruktur aufweist: es handelt sich um die am besten experimentell überprüfte wissenschaftliche Theorie überhaupt, und im Rahmen der von ihr behaupteten Anwendbarkeit sind bis dato nicht die kleinsten Abweichungen gefunden worden. Der Verfasser dieses Buches, der Nobelpreisträger Steven Weinberg, hat unter anderem durch seine Theorie der Vereinheitlichung zweier der vier Fundamentalwechselwirkungen der Natur, der schwachen und der elektromagnetischen Wechselwirkung, einen der wichtigsten Beiträge überhaupt zu dieser Revolution geleistet. In diesem Buch, das auf seinen Vorlesungen an der Universität von Texas in Austin aufbaut, gibt er seine persönliche Sicht der Quantenphysik, die durch streng logischen Aufbau, präzise sprachliche Darstellung und mathematische Klarheit und Vollständigkeit besticht. Das Buch richtet sich an Studierende der Naturwissenschaften, insbesondere der Physik. Es begleitet Studierende in ihrer ersten theoretischen Vorlesung zur Quantenmechanik im Bachelorstudium und schlägt die Brücke zu fortgeschrittenen Vorlesungen über Quantenmechanik im Masterstudium. Begleitet wird der Text von Übungsaufgaben, die es den Studierenden erlauben, ihr Wissen unmittelbar anzuwenden, aber auch ihr Verständnis zu testen. Neben einer Vorlesungsbegleitung eignet sich die „Quantenmechanik“ von Weinberg aufgrund ihrer Präzision und Klarheit auch hervorragend zum Selbststudium. Inhalt:> historische Anfänge der Quantentheorie Schrödingers Wellenmechanik: Wasserstoffatom und harmonischer Oszillator Grundlagen der Quantenmechanik: Zustände, Observable, Symmetrien Interpretationen der Quantenmechanik Spin und Drehimpulse Näherungsverfahren: Störungsrechnung, Variationsrechnung, Born-Oppenheimer-Näherung, WKB-Näherung Zeitabhängige Störungstheorie Adiabatische Näherung und Berry-Phase Potenzialstreuung Allgemeine Streutheorie: S-Matrix, Störungstheorie, zeitabhängige Störungstheorie Kanonischer Formalismus der Quantenmechanik: vom Lagrangian zum Hamiltonian mit Zwangsbedingungen Pfadintegralformalismus Quantenmechanik des elektromagnetischen Feldes: Landau-Niveaus, Aharonov-Bohn-Effekt, Photonen und Übergangsraten Verschränkung: Bellsche Ungleichungen und Grundzüge des Quantencomputing