Die Quantenphysik ist, fast 100 Jahre nach Ihrer Entstehung, immer noch eine Wissenschaft zum Staunen - eine fundamental neue Sicht in Wissenschaft und Technik, die immer noch schockiert oder zumindest unverständlich bleibt. Aber ist die Welt der Quanten wirklich so befremdlich wie ihr Ruf? Und lässt sich das Paradox der Schrödingerschen Katze, deren Quantenzustand eine Mischung aus tot und lebendig zu sein scheint, lösen?
Quantum lädt den Leser zu einer Reise in die Quantenwelt ein und beginnt dort, wo auch die Physiker die erste fundamentale Überraschung erlebten: beim Doppelspaltexperiment. Es sieht einfach aus - atomare Teilchen treffen wie Miniaturbälle auf ein Hindernis mit zwei Durchlassspalten, aber es hat es in sich. Denn anders als Bälle, die entweder durch einen oder durch den anderen Spalt fliegen, verhalten sich Atome wie Wellen, die hinter zwei Spalten ein Überlagerungsmuster bilden. Dieses Interferenzmuster bedeutet quantenphysikalisch, dass einzelne Teilchen durchbeide Spalte getreten sind - wie eine Welle, die an beiden Spalten durchgelassen wird und dann zwei sich überlagernde Komponenten aufweist. Aber wie kann ein einzelnes Atom an den zwei Orten der beiden Spalte gleichzeitig erscheinen?
Heisenbergs Unschärferelation und Schrödingers Katze sind nur der Anfang zu einer spannenden und anschaulichen Reise mit bildlichen Eindrücken von Quantengenen, Quantencomputern und Verschränkungen von Quantenzuständen, die wie wie Science-Fiction anmuten, wenn für Lichtquanten einfach mal herübergebeamt werden können.
Quantum lädt den Leser zu einer Reise in die Quantenwelt ein und beginnt dort, wo auch die Physiker die erste fundamentale Überraschung erlebten: beim Doppelspaltexperiment. Es sieht einfach aus - atomare Teilchen treffen wie Miniaturbälle auf ein Hindernis mit zwei Durchlassspalten, aber es hat es in sich. Denn anders als Bälle, die entweder durch einen oder durch den anderen Spalt fliegen, verhalten sich Atome wie Wellen, die hinter zwei Spalten ein Überlagerungsmuster bilden. Dieses Interferenzmuster bedeutet quantenphysikalisch, dass einzelne Teilchen durchbeide Spalte getreten sind - wie eine Welle, die an beiden Spalten durchgelassen wird und dann zwei sich überlagernde Komponenten aufweist. Aber wie kann ein einzelnes Atom an den zwei Orten der beiden Spalte gleichzeitig erscheinen?
Heisenbergs Unschärferelation und Schrödingers Katze sind nur der Anfang zu einer spannenden und anschaulichen Reise mit bildlichen Eindrücken von Quantengenen, Quantencomputern und Verschränkungen von Quantenzuständen, die wie wie Science-Fiction anmuten, wenn für Lichtquanten einfach mal herübergebeamt werden können.
Eine Reise in den Kosmos der Atome
Die Quantenphysik ist nicht ohne Grund für viele ein eher schwerverständliches und gewöhnungsbedürftiges Gebiet. Schließlich beschreibt sie Phänomene, die der Alltagserfahrung völlig zuwiderlaufen. Das prominenteste Beispiel aus der Quantenmechanik ist wohl jene Erscheinung, die Albert Einstein einst als "spukhafte Fernwirkung" bezeichnete: die Verschränkung von Quantenteilchen. Wirkt man auf eines von zwei verschränkten Teilchen ein, so kann man den Effekt ohne direkten Kontakt sofort an dem anderen Teilchen beobachten. Ein anderes Beispiel quantenphysikalischer Merkwürdigkeiten ist der "Welle-Teilchen-Dualismus". Einerseits ist Licht eine elektromagnetische Welle, der man eine Wellenlänge zuschreiben kann. Anderseits besteht es aus Teilchen, den Lichtquanten, die die Energie portionsweise transportieren. Was ist denn nun das Licht, so mag man fragen, Welle oder Teilchen? "Beides", lautet die etwas kryptische und für Laien recht seltsam klingende Antwort der Quantenphysiker. Glücklicherweise gibt es aber Bücher, die Laien den Zugang zur Quantenwelt erleichtern. Zu ihnen zählt zweifelsohne "Quantum - Moderne Physik zum Staunen" von Jim Al-Khalili. Der Autor, Physiker an der University of Surrey in Guildford, versteht es, abstrakte Sachverhalte auf anschauliche Weise darzustellen. Dabei verzichtet er gänzlich auf Formeln und Fachausdrücke und beschreibt doch die wesentlichen Zusammenhänge, die er durch einprägsame Skizzen und Bilder ergänzt. Al-Khalili erklärt alle wichtigen Begriffe und Phänomene: Dazu gehören Quarks, Antimaterie, Bose-Einstein-Kondensation oder Quantenkryptograhie ebenso wie Schrödingers Katze, jenes "Tier", von dem man nicht sagen kann, ob es tot oder lebendig ist - schließlich sind in der Welt der Quantenphysik beide Daseinszustände gleichzeitig möglich. Oder das Ausschließungsprinzip von Wolfgang Pauli, aufgrund dessen niemals zwei Elektronen die gleichen Quantenzahlen haben können. Zu all diesen Begriffen liefert der Autor einfach gehaltene und schlicht formulierte Erklärungen, die er meist sinnvoll illustriert und nicht selten mit augenzwinkernden, humorvollen Fußnoten würzt.
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Jim Al-Khalili: "Quantum - Moderne Physik zum Staunen", Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, 279 S., geb., 34,50 Euro.
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"Die Quantenphysik gilt den meisten Menschen noch immer als ein Buch mit sieben Siegeln. Sie erscheint zu weit weg von der Alltagswelt und vollkommen unverständlich. Doch eine Reise in die Quanten ist auch für Nichtphysiker möglich - und sie kann faszinierend sein. Die gelungene graphische Darstellung des Buches spielt dabei eine wichtige Rolle." - Die Welt
"Der Autor versteht es, abstrakte Sachverhalte auf anschauliche Weise darzustellen. Dabei verzichtet er gänzlich auf Formeln und Fachausdrücke und beschreibt doch die wesentlichen Zusammenhänge, die er durch einprägsame Skizzen und Bilder ergänzt. Al-Khalili erklärt alle wichtigen Begirffe und Phänomene. Zu allen Begriffen liefert der Autor einfach gehaltene und schlicht formulierte erklärungen, die er meist sinnvoll illustriert und nicht selten mit augenzwinkernden, humorvollen Fußnoten würzt." - Frankfurter Allgemeine Zeitung
"An vergleichbaren Titeln fehlt es zwar nicht, doch zeichnet dich dieses Werk durch anschauliche Darstellung und zahlreiche Illustrationen aus. (...) Das thematisch relativ breit angelegte Werk bietet einen gut lesbaren Einblick in einen wichtigen Zweig der modernen Physik." - ekz-Informationsdienst
"Der Autor versteht es, abstrakte Sachverhalte auf anschauliche Weise darzustellen. Dabei verzichtet er gänzlich auf Formeln und Fachausdrücke und beschreibt doch die wesentlichen Zusammenhänge, die er durch einprägsame Skizzen und Bilder ergänzt. Al-Khalili erklärt alle wichtigen Begirffe und Phänomene. Zu allen Begriffen liefert der Autor einfach gehaltene und schlicht formulierte erklärungen, die er meist sinnvoll illustriert und nicht selten mit augenzwinkernden, humorvollen Fußnoten würzt." - Frankfurter Allgemeine Zeitung
"An vergleichbaren Titeln fehlt es zwar nicht, doch zeichnet dich dieses Werk durch anschauliche Darstellung und zahlreiche Illustrationen aus. (...) Das thematisch relativ breit angelegte Werk bietet einen gut lesbaren Einblick in einen wichtigen Zweig der modernen Physik." - ekz-Informationsdienst