Chimie

Phénomènes physiques quantiques


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La physiqueLa physique quantiquestructure atomique

Dans cette leçon, le modèle atomique de Rutherford et la diffusion Rutherford sur les noyaux atomiques sont traités.

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Cette unité d'apprentissage présente le modèle atomique de Bohr.


Phénomènes physiques quantiques - chimie et physique

Les liquides tels que l'hélium s'écoulent à des températures proches du zéro absolu sans frottement interne.

Des prix Nobel de physique ont déjà été décernés pour les deux phénomènes : trois scientifiques américains ont été récompensés pour une théorie de la supraconductivité en 1972, et trois chercheurs américains pour la découverte de la superfluidité en 1996.

Prix ​​Nobel de physique 1972

Prix ​​Nobel de physique 1996
Supraconducteurs de type II : supraconductivité et magnétisme
La théorie, qui est basée sur le fait que des paires d'électrons sont formées, s'est toutefois avérée insuffisante pour expliquer la supraconductivité dans les matériaux les plus importants sur le plan technique. Ces supraconducteurs dits de type II permettent à la supraconductivité et au magnétisme de coexister et de rester supraconducteurs dans un champ magnétique élevé.
« Ancienne théorie » pour les nouveaux matériaux

Alexeï Abrikosov
Alexei Abrikosov, né à Moscou en 1928, qui a travaillé aux États-Unis au Laboratoire national d'Argonne en Argonne et qui est à la fois citoyen russe et américain, a réussi à expliquer théoriquement ce phénomène.

Il part d'une théorie développée, entre autres, par Vitaly Ginzburg, né à Moscou en 1916, ancien responsable du groupe théorique du P.N. Lebedev Physical Institute à Moscou, pour les supraconducteurs de type I. Cependant, il s'est avéré si étendu qu'il pourrait également être appliqué au nouveau type.

Bien que les théories aient été formulées dès les années 1950, elles ont acquis une nouvelle pertinence grâce au développement de ce qu'on appelle la supraconductivité à haute température. Les matériaux conduisent l'électricité sans résistance même à des températures de plus en plus élevées et des champs magnétiques plus forts.

Pour les accélérateurs de particules et la résonance magnétique

Vitaly Ginzbourg
Ceci est utilisé partout où des champs magnétiques très puissants sont nécessaires, par exemple dans les accélérateurs de particules ou dans les processus d'imagerie médicale basés sur la résonance magnétique. Le prix Nobel de médecine a été décerné lundi pour leur développement.
Biographie Alexei Abrikosov (Laboratoire National d'Argonne)
En savoir plus sur Vitaly Ginzburg (Institut de physique P.N. Lebedev)
Interactions de l'isotope de l'hélium

Anthony Leggett
L'hélium liquide peut devenir superfluide, c'est-à-dire que la viscosité disparaît à basse température. Les atomes de l'isotope rare 3 He doivent former des paires, analogues aux paires d'électrons dans les supraconducteurs métalliques.

C'est Anthony Leggett, né à Londres en 1938, professeur à l'Université de l'Illionois (USA) et citoyen britannique et américain, qui a formulé dans les années 1970 la théorie expliquant comment les atomes d'hélium 3 interagissent à l'état superfluide pour être triés.

Biographie Anthony Leggett (Université de l'Illinois à Urbana-Champaign)
"Dernier problème non résolu en physique classique"
Les applications concrètes de la superfluidité ne sont pas encore apparentes. La théorie qui la sous-tend peut également être utilisée dans d'autres domaines, tels que la physique des particules ou la cosmologie, pour expliquer certains phénomènes. Surtout, la formation de turbulences dans ces superfluides sert de modèle pour
comment l'ordre se transforme en chaos. Cela pourrait éventuellement conduire à une meilleure compréhension de la façon dont se produisent les turbulences, que le comité du prix Nobel décrit comme l'un des derniers problèmes non résolus de la physique classique.
Il suit : chimie, économie et paix
Jusqu'à présent cette année, le prix Nobel de littérature a été décerné au sud-africain J.M. Coetzee et le Medicine Prize à l'Américain Paul C. Lauterbur et à son collègue britannique Sir Peter Mansfield.

Les prix convoités dans les disciplines de la chimie et de l'économie seront annoncés mercredi. Vendredi, la ronde des prix Nobel de cette année se termine avec le prix Nobel de la paix 2003.


Manipulation de trous

La construction de qubits stables pouvant être reliés entre eux est l'un des défis centraux sur la voie de l'ordinateur quantique. Les chercheurs de Daniel Jirovec du groupe Nanoélectronique de l'Institut des sciences et technologies (IST) d'Autriche à Klosterneuburg (Basse-Autriche) ont montré dans une expérience comment ils peuvent contrôler l'absence d'électrons dans un solide et l'utiliser comme qubit.

Si une telle particule chargée négativement est manquante, elle peut être physiquement traitée comme s'il s'agissait d'une particule chargée positivement. En supposant des possibilités de manipulation appropriées, on peut déplacer un tel "trou" dans le solide. De plus, comme les électrons, les « trous » ont leur propre moment angulaire (« spin ») et peuvent interagir les uns avec les autres lorsqu'ils se rapprochent.


« Comment pensent les physiciens ? »

La physique quantique moderne décrit des phénomènes aux plus petites échelles avec une précision sans précédent. De nombreux physiciens ont participé à sa formulation au cours du XXe siècle. Cette période de bouleversement de la physique sert à Robert Harlander de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle et à ses collègues d'objet de recherche idéal pour étudier la façon dont les physiciens travaillent. Dans une interview avec Welt der Physik, le physicien théoricien rapporte comment ils procèdent et à quelles découvertes passionnantes ils sont déjà parvenus.

Monde de la physique : Que fait votre groupe de recherche ?

Robert Harlander : Nous sommes un groupe interdisciplinaire de physiciens et d'universitaires. Ensemble, nous étudions comment les physiciens développent de nouvelles connaissances et de nouvelles théories. Semblable à la façon dont les physiciens étudient la nature, nous étudions la façon dont les physiciens travaillent. La recherche au Grand collisionneur de hadrons du centre de recherche du CERN, en abrégé LHC, sert d'étude de cas. Les plus petites particules y entrent en collision à des énergies extrêmement élevées. Pour décrire ce qui se passe dans ces collisions, les physiciens utilisent des concepts de la physique quantique, que nous examinons à leur tour d'un point de vue philosophique, historique et sociologique. Dans un projet en cours, nous étudions le concept de particules dites virtuelles. Bien que ces particules virtuelles apparaissent dans les calculs des collisions au LHC, elles ne laissent aucune trace dans les détecteurs - contrairement aux particules qui surviennent lors des collisions.

Alors pourquoi avez-vous besoin de ces particules virtuelles ?

Bien que les particules virtuelles ne puissent pas être observées directement, elles peuvent être utilisées pour expliquer de nombreux phénomènes en physique quantique. Le résultat d'une expérience de physique quantique ne peut être prédit avec précision que si des particules virtuelles sont incluses dans les calculs. En tant que physicien théorique des particules, j'utilise quotidiennement le concept de particules virtuelles. Avec mes collègues de l'histoire des sciences, je me suis maintenant demandé comment ce concept est né et comment il s'est imposé en physique quantique au fil du temps. Pour répondre à ces questions, nous examinons des écrits qui ont été écrits entre le début et le milieu du 20e siècle - lorsque de nombreux physiciens travaillaient sur la formulation de la physique quantique.

Avez-vous déjà acquis des connaissances initiales ?

Oui, on a surtout remarqué que le terme « virtuel » apparaît dans des contextes différents et n'a pas de définition claire au départ. Il a été mentionné pour la première fois dans les années 1920 dans un ouvrage de Niels Bohr, Hans Kramers et John Slater. Leur approche de la compréhension des phénomènes physiques quantiques a conduit à une impasse, mais le terme « virtuel » s'est imposé en physique quantique. Au début, cependant, avec une nuance assez péjorative : Pour ses calculs, Paul Dirac a introduit diverses transitions entre les états d'un système physique dans lequel les lois de conservation habituelles n'étaient pas valides. Le physicien Chandrashekhara Venkata Raman a insisté sur le fait que ces transitions ne peuvent être considérées que comme une aide mathématique. En conséquence, il l'a appelé « virtuel », c'est-à-dire pas vraiment existant.

Comment le concept de particule virtuelle a-t-il alors été accepté ?

À la fin des années 40, le lauréat du prix Nobel Richard Feynman a développé une méthode pour représenter graphiquement les interactions entre les particules de mécanique quantique, y compris les collisions de particules. Les particules virtuelles jouent un rôle central dans ces diagrammes dits de Feynman : si, par exemple, deux électrons entrent en collision, un photon virtuel est initialement créé, qui transfère l'impulsion d'un électron à l'autre. Ce transfert de quantité de mouvement peut avoir lieu de différentes manières, qui à son tour sont représentées par différents diagrammes de Feynman. En fin de compte, cette méthode peut être utilisée pour prédire très efficacement quelle distribution de quantité de mouvement les électrons auront après leur collision. Et bien que le photon virtuel ne puisse être détecté dans aucun détecteur, la description avec des particules virtuelles donne un résultat correct. Cela a en outre établi le concept de particules virtuelles.

Alors les particules virtuelles ne sont-elles qu'une aide technique ou existent-elles vraiment ?

C'est une des questions intéressantes que nous nous posons dans notre projet. Les physiciens peuvent utiliser des particules virtuelles pour décrire leurs expériences. La question de savoir dans quelle mesure les particules virtuelles existent réellement reste une question philosophique. Il serait concevable, par exemple, de décrire des processus physiques quantiques entièrement sans le concept de particules virtuelles. Feynman, d'autre part, considérait fondamentalement chaque particule comme virtuelle, car selon les règles de la physique quantique, chaque particule est soumise à certaines fluctuations - par exemple, elle n'a pas une énergie clairement définie.

Il n'est donc même pas clair s'il existe de vraies particules en physique quantique ?

La question est de savoir comment définir une particule. À mon avis, l'origine de la confusion réside dans le fait que des concepts du monde macroscopique - c'est-à-dire le monde de notre vie quotidienne - sont transférés au monde quantique microscopique. Lorsque la plupart des gens utilisent le terme « particule », ils pensent à un petit objet qui se trouve à un certain endroit dans l'espace. Mais en physique quantique, l'objet qui est décrit par le même concept de particule est caractérisé par des propriétés différentes. Il faut être clair à ce sujet lors de la description des phénomènes physiques quantiques. Avec notre travail, nous voulons créer plus de clarté sur les concepts physiques et leur changement de sens au fil du temps.


"La chimie est ici - et la physique"

M & UumlNSTER / TWENTE. De nombreux experts considèrent les nanotechnologies comme la technologie clé du futur. Des chercheurs nationaux et étrangers travaillent intensément sur cet avenir dans les universités de Münster et de Twente, et nombre d'entre eux travaillent en étroite collaboration. "Je suis en contact avec un certain nombre de collègues à M & uumlnster", explique le professeur Klaus Boller, professeur et chef du groupe de recherche LPNO ("Laser Physics and Nonlinear Optics") à l'Université de Twente. Il coopère particulièrement bien avec son collègue le professeur Carsten Fallnich de l'Institut de physique appliquée.

Ce n'est qu'un exemple de la coopération exemplaire en nanotechnologie entre la Westphalian Wilhelms-Universit & aumlt M & uumlnster (WWU) et l'université néerlandaise d'Enschede. Cette coopération mutuellement avantageuse existe depuis une dizaine d'années. Recherche commune, projets communs, mais aussi formation et formation continue communes. « Cela fonctionne très bien à Münster et à Twente », explique la professeure Cornelia Denz, directrice de l'Institut de physique appliquée de l'Université de Münster. Elle mène des recherches dans le domaine du traitement optique de l'information et de la nanobiophotonique. En tant que prorecteur aux affaires internationales et aux jeunes scientifiques, elle est plus que satisfaite du développement positif de la "recherche complémentaire", comme elle l'appelle. "La chimie est ici - aussi en physique". À M & uumlnster, l'accent est mis sur la recherche fondamentale, tandis que nos collègues aux Pays-Bas sont davantage axés sur les applications.

Pouvoir examiner la matière au niveau moléculaire et atomique et pouvoir la modifier de manière ciblée est un vieux rêve des sciences naturelles. En nanotechnologie, ce rêve commence à devenir réalité.

Cette technologie transversale en croissance rapide ouvre de nouvelles possibilités dans presque tous les domaines technologiques, y compris la technologie médicale et environnementale. D'autres exemples d'application sont la finition de surface, les matériaux nanométriques intelligents, l'électronique plus rapide, l'optique, les capteurs et les nanomoteurs.

Le monde des nanoparticules se déroule dans des ordres de grandeur incroyablement petits. Un nanomètre est un million de fois plus petit qu'un millimètre. Les effets physiques quantiques dominent dans ce monde. Ceux-ci peuvent être complètement différents des phénomènes que nous connaissons de notre monde macroscopique.

Pour les examens et les manipulations ciblées, les nanoscientifiques utilisent aujourd'hui des microscopes spéciaux à résolution atomique, le microscope optique classique a fait son temps. Et ils développent de nouvelles stratégies en nanophotonique pour rendre les particules visibles et gérables.

De nouveaux procédés et matériaux sont constamment ajoutés. Les experts s'attendent à un essor de l'innovation dans de nombreux domaines : la nanophotonique fournira des pincettes optiques à l'aide desquelles un grand nombre de nanoparticules pourront être disposées et contrôlées de manière ciblée. L'information est transmise dans la plus petite des nanopuces, la lumière jouant un rôle particulier : En nanophotonique, le développement d'une nouvelle génération de puces optiques est en train d'émerger, dans laquelle le traitement des données est basé sur la lumière et non plus sur l'électronique. Cela signifie un énorme gain de vitesse de données avec la plus faible consommation d'énergie possible dans le plus petit des espaces.

Le professeur Harald Fuchs, directeur de l'Institut de physique de M & uumlnster, ne peut que confirmer la forte volonté des nanotechnologues de coopérer au-delà des frontières. Surtout en tant que directeur scientifique du Center for Nanotechnology (CeNTech), un centre de recherche non universitaire dans lequel la municipalité et l'état de Rhénanie du Nord-Westphalie ainsi que l'université sont impliqués. Depuis sa création en 2003, le centre a apporté une contribution décisive à l'établissement des nanotechnologies en tant que domaine central dans le paysage de la recherche de Münster et au-delà. & quotLes contacts entre Münster et Twente existent depuis longtemps - principalement en raison du centre de nanotechnologie MESA + qui y est établi. Nous étions ensemble et depuis le début sur la science et la recherche internationales et européennes.

Des laboratoires spéciaux dotés de l'équipement nécessaire ainsi que des salles d'ateliers et de réunions sont également délibérément ouverts à ceux qui souhaitent fonder une nouvelle entreprise et des start-ups au-delà des frontières afin qu'ils puissent convertir leurs connaissances de recherche en produits commercialisables via le transfert de technologie. L'approche de recherche interdisciplinaire est importante pour Fuchs : « Sans la coopération entre la physique, la chimie, la biologie et la médecine, de nombreuses questions ne peuvent plus trouver de réponse aujourd'hui.

Cependant, Boller et Vos considèrent que la collaboration avec des collègues spécialistes de Münster est extensible. & quotPour des projets communs, vous avez besoin de financement, et jusqu'à présent, cela a été disponible pour une coopération transfrontalière aussi innovante - au milieu de l'Europe - malheureusement pas & quot, critique le chercheur néerlandais Vos. Toutes les tentatives d'application précédentes dans cette direction ont échoué. Au lieu de cela, ils ont maintenu des contacts personnels directs basés sur M & uumlnster - en mettant l'accent sur la promotion des jeunes talents. Néanmoins, Boller avait une « envie d'une association transfrontalière de chercheurs en optique ». D'où son souhait pour l'avenir : « Cela devrait être promu beaucoup plus fortement.


Landolt-Börnstein. Valeurs et fonctions numériques issues de la physique, de la chimie, de l'astronomie, de la géophysique et de la technologie. 6e édition. Deuxième volume : Propriétés de la matière dans ses états agrégés. Partie 2 : Équilibres autres que les équilibres de fusion. Partie volumique a : Équilibres des condensats de vapeur et phénomènes osmotiques. Edité par A. Busch, G. G. Grau, W. Kast, A. Klemenc, W. Kohl, C. Kux, G. Meyerhoff, A. Neckel, E. Ruhtz, K. Schäfer, S. Valentiner. Edité par Klaus Schäfer et Ellen Lax. 974 pages avec 917 illustrations, reliées en moleskine. Springer-Verlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg 1960. Prix : DM 448, -

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Phénomènes physiques quantiques - chimie et physique

Les enfants sont très intéressés par les sujets physiques et chimiques et ils aiment expérimenter. Ils sont très enthousiastes lorsqu'il s'agit de percevoir et d'interpréter des phénomènes étonnants. Avec un grand engagement, ils étudient leurs propres hypothèses sur des phénomènes et des questions passionnants.
À l'âge de l'école primaire, ce qui suit s'applique toujours : « Le voyage est le but. » Il ne s'agit pas encore de recueillir des connaissances factuelles et les formules ne jouent pas encore de rôle. L'accent est mis beaucoup plus sur la connaissance des phénomènes et leur gestion joyeuse et orientée vers l'action - il s'agit de premières interprétations dans la propre langue de l'enfant et du développement d'une attitude positive, intéressée et ouverte envers les sciences naturelles de la physique et de la chimie .

Les articles de ce livre fournissent un large éventail de nouvelles idées sur la façon de créer une leçon intéressante et instructive. Les informations contextuelles aident également les enseignants non spécialisés à comprendre les phénomènes et ainsi être en mesure de mieux répondre aux questions et aux idées des enfants.

Toutes les propositions de cours sont conçues pour être pratiques. Bien fondés en termes de didactique et méthodologiquement innovants, ils permettent une utilisation directe en classe, mais vous donnent également suffisamment de liberté pour vos propres décisions.


Vibrations et ondes

Les auteurs montrent dans ce indispensable, comment les oscillations et les ondes se produisent dans de nombreux domaines de la physique et qu'un point de masse peut osciller autour de sa position de repos ou qu'un courant électrique peut osciller autour de la valeur zéro. Ils initient le lecteur au traitement mathématique et aux termes utilisés et donnent des explications sur des phénomènes tels que les vibrations amorties et forcées et le phénomène de résonance. Les lecteurs apprennent que les ondes sont des modèles spatiaux d'une taille physique qui se propagent dans l'espace au fil du temps. Leur comportement est déterminé par l'équation d'onde et les conditions dans la pièce. On considère les ondes à une et trois dimensions spatiales et les phénomènes d'interférence, de réflexion, de réfraction, de polarisation et d'ondes stationnaires.

Siegmund Brandt est professeur émérite de physique à l'Université de Siegen. Lui et son groupe ont travaillé sur des expériences sur la physique des particules élémentaires aux instituts de recherche DESY à Hambourg et au CERN à Genève. Hans Dieter Dahmen est professeur émérite de physique théorique à l'Université de Siegen et a travaillé avec son groupe sur des questions théoriques de physique des particules élémentaires en se référant étroitement aux expériences de DESY et du CERN.


Phénomènes physiques quantiques - chimie et physique

Sciences naturelles

Avec les matières de biologie, chimie et physique, nous voulons à la fois favoriser l'intérêt des étudiants pour les processus scientifiques et contribuer à la compréhension de la nature. Pour ce faire, nous essayons de capitaliser sur les terrains d'expérience et d'inclure le monde des étudiants.

Dans le Niveau intermédiaire les matières biologie, chimie et physique sont enseignées pendant une heure. En 7e et 8e années, les cours ont lieu dans la moitié de la taille des classes. dans le Cours de division des groupes de 12 à 13 étudiants sont atteints. Cela favorise la promotion du travail autonome et facilite la mise en œuvre des expérimentations étudiantes. Notre scientifique Classe de profil reçoit deux heures de plus de cours de sciences par semaine par rapport aux classes régulières. Ici, nos étudiants apprennent principalement des techniques de travail scientifique, qui se reflètent dans la mise en œuvre d'expériences étudiantes et dans le développement d'aspects interdisciplinaires et contribuent ainsi à une meilleure compréhension des phénomènes scientifiques.

À partir de la 9e année, les matières biologie, chimie et physique sont en cours différenciés offert. La différenciation externe prévoit des classifications en cours de base (cours G) et en cours d'approfondissement (cours E). Cela permet des cours individualisés axés sur les points forts des étudiants. A partir de cette année, les étudiants votent avec le Cours au choix obligatoires en sciences naturelles Des cours spécifiques à une matière dans lesquels sont enseignés des sujets clés des matières de biologie, de chimie et de physique ou des projets interdisciplinaires sont réalisés.

A la Max-Beckmann-Oberschule il y a ce qu'on appelle Phase d'introduction (11e année), une phase préparatoire au système de cours du gymnasiale Oberstufe. A raison de deux heures par semaine, les élèves sont initiés aux exigences des cours de sciences proposés au niveau supérieur (biologie, chimie, physique). Les bases techniques et les compétences dans les domaines de la réflexion, de la communication et de l'acquisition de connaissances sont enseignées et promues dans ce niveau de classe.

Dans la phase d'introduction, une ou deux - deux heures chacune & # 8211 Cours au choix en sciences naturelles pour être voté. La propédeutique scientifique est ici au premier plan. Les étudiants apprennent des techniques de présentation et de communication (liberté d'expression, évaluation de faits scientifiques, faire une présentation, & # 8230), des moyens d'acquisition de connaissances scientifiques (planification et réalisation d'expériences, stratégies de résolution de problèmes, & # 8230) et acquièrent d'autres connaissances spécialisées. connaissances sur la transition vers les cours avancés correspondants dans la phase de qualification.

dans le Système de cours (Phase de qualification) la Max-Beckmann-Oberschule propose des cours de base et avancés dans toutes les sciences naturelles.

Pour un enseignement scientifique holistique il faut aussi faire des expériences pratiques perçues avec tous les sens. Des ateliers à la Lise-Meitner-OSZ ou au Laboratoire Transparent sont au programme ainsi que des visites à l'aqueduc de Berlin, à l'école du zoo ou au jardin botanique, etc. De plus, des intervenants externes nous rendent visite régulièrement, mais nos étudiants apprécient aussi échanges avec les lycées de notre quartier et les étudiants l'opportunité de Aperçu de la vie professionnelle future gagner, nouer des contacts ou faire des comparaisons de performances.


BLOG : La nature de la science

Pourquoi prenez-vous aujourd'hui un livre "Physique et Philosophie" de Werner Heisenberg de 1959 ? Avec tout le respect que je dois à l'auteur, ne pourrait-on pas avoir le sentiment qu'il faudrait plutôt lire quelque chose de plus contemporain sur ce sujet ? Contrairement aux sciences humaines, la connaissance en sciences naturelles est complètement détachée de l'auteur. Ils mènent une vie propre dans leur tête, complètement indépendante de l'initiateur, et pour recevoir ces idées, il n'est pas nécessaire de savoir quoi que ce soit sur l'initiateur. Sa motivation, ses connaissances antérieures, son entraînement mental, tout cela n'a aucune importance pour cela. Vous n'avez donc pas besoin de lire Heisenberg, Newton ou Einstein dans le texte original pour pouvoir classer et apprécier leurs réalisations.

Néanmoins, quiconque a entendu parler de la force avec laquelle la physique quantique est intervenue dans notre vision du monde et de la réalité, qui a un penchant pour la philosophie et ne s'est pas encore définitivement installé dans une vision du monde, devient curieux. Que disait un si grand physicien à ce sujet à l'époque ? Comment pensait-il et écrivait-il ? Qu'écrit-il sur l'époque où ces pensées révolutionnaires sont apparues pour la première fois ? Quelle vision du monde résulte de sa vision du monde ?
En effet, ce livre vaut vraiment la peine d'être lu. D'une part, vous obtenez une démonstration de la clarté et de la simplicité avec lesquelles nos grands modèles pensent et écrivent. Vous pouvez presque ressentir les discussions intenses qu'Heisenberg, avec beaucoup d'esprit, a toujours eues, et le dur travail intellectuel qui y est consacré. Et si vous les connaissez, vous ressentirez parfois la situation intellectuelle des années 50, mais tout au plus dans le style et dans l'affichage d'une éducation humaniste. Dans la matière bien sûr, mais aussi dans les considérations qui vont au-delà, on éprouve un point de vue incroyablement moderne pour l'époque et qui est toujours d'actualité aujourd'hui.

Dans le premier chapitre sur « L'importance de la physique moderne à notre époque », Heisenberg aborde un sujet général qui est encore très important pour notre époque. Il demande quelle influence les résultats de la physique moderne auront sur « les traditions anciennes très différentes sur notre terre ». Dans les années 1950, quand Heisenberg a écrit ce livre, on n'aurait probablement pas pu imaginer la mondialisation telle que nous la connaissons aujourd'hui, mais on savait qu'elle viendrait d'une manière ou d'une autre.
La diffusion des résultats physiques peut être suivie à deux niveaux, au niveau des applications dans la technologie et l'industrie et au niveau de la vision du monde. Le fait que les possibilités techniques s'étendraient rapidement à d'autres pays n'était que trop clair pour être vu dans l'effort des pouvoirs en place pour la bombe atomique, et aujourd'hui chaque " petit homme de la rue " en Allemagne, comme en Inde ou en Egypte, s'efforce d'avoir un téléviseur et un téléphone portable. Heisenberg est plus concerné par l'affrontement entre les idées de la physique moderne et les « vues de base religieuses et philosophiques de la culture terre-à-terre là-bas ». Il insiste sur un aspect essentiel : les résultats et la méthodologie des sciences naturelles apparaîtront toujours sous la même forme, sont donc déjà globaux à part entière, tandis que la tradition des vues de base traditionnelles sera différente partout. Il aborde donc la relation entre les sciences naturelles et les idées traditionnelles et les religions de toutes sortes, d'abord ici dans le premier chapitre, mais seulement pour préciser quelle tâche il veut se fixer dans ce livre, à savoir les résultats de la physique moderne - une tâche qui n'est pas trop scientifique Pour explorer le langage, étudier ses conséquences philosophiques et le comparer à certaines des traditions les plus anciennes. "

Cela se passe maintenant en sept chapitres sur la mécanique quantique & # 8211 en particulier sur l'histoire de sa création, sur l'interprétation de Copenhague, sa relation avec la théorie atomique antérieure ou avec les idées philosophiques depuis Descartes. Dans un autre chapitre, il discute des nouvelles idées sur l'espace et le temps qui ont surgi de la théorie de la relativité. Celui-ci, parsemé dans les sept chapitres sur la mécanique quantique, agit initialement comme un corps étranger, mais attire soudain le regard sur des phénomènes complètement différents et agit comme un répit stimulant dans un excursus sur les conclusions philosophiques de la physique quantique.

Bien sûr, il est particulièrement intéressant pour les "initiés" que vous puissiez découvrir de première main ce que l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique est réellement censée être. Elle n'était pas vraiment clairement exprimée et décrite à l'époque, à l'époque de la querelle sur l'interprétation de la mécanique quantique qui venait d'émerger, avec Bohr et Heisenberg d'un côté, Einstein et Schr & oumldinger de l'autre. En 1956, lorsque ce livre a été publié, c'était il y a tout juste 30 ans, assez de temps pour une clarification.

Beaucoup a été écrit sur cette interprétation de la physique quantique, par les élus, mais encore plus par les non qualifiés. Ce qui n'a pas été mis dans le processus de mesure, y compris les idées exagérées, le résultat de la mesure dépend de la conscience de l'observateur. Oui, la physique quantique devait même servir de preuve de Dieu. Les ancêtres de la physique quantique ne sont pas responsables de toute cette folie. Ici, c'est tout à fait indubitable : l'interprétation de Copenhague de la théorie quantique correspond autant que possible à l'idéal d'une description objective. Avec cette restriction & quot; autant que possible & quot;, il faut être clair sur ce que Heisenberg entend par & quot; objectivité & quot ;. L'objectivité complète ne serait possible que du point de vue d'un surhomme qui pourrait percevoir le monde dans chaque grande dimension de la même manière, une capacité que nous, en tant qu'êtres du monde de la dimension moyenne ne pouvons pas atteindre en principe, ou parce que chaque observation d'une qualité est impossible représente nécessairement un contact avec un appareil de notre monde de la dimension moyenne et donc un changement de l'état quantique, connu dans le jargon technique sous le nom d'"effondrement de la fonction d'onde". Subjektivität ist also nur in so weit gegeben, dass wir eben als Menschen die Natur betrachten.

Heisenberg macht also einen Unterschied zwischen Intersubjektivität und Objektivität. In diesem Sinne sind die Ergebnisse zwar für alle Menschen gültig, diese können aber nicht ein Quant "sehen", wie dieses sich, "objektiv", in seiner Welt der kleinsten Dimensionen "gibt". Die scharfe Trennung zwischen der Welt und dem Ich, wie sie seit Descartes den Menschen vorschwebt, ist damit nicht möglich. Das Verhältnis ist komplizierter, und das ist wieder mal ein Beispiel dafür, dass alles immer wieder ganz anders ist, als wie man sich das als Lehnstuhl-Philosoph vorstellen kann: Wie sich der Zustand eines Quants mit der Zeit ändert, kann man berechnen, und zwar in deterministischer Weise. Insofern hat man eine vollständige Kontrolle über die Welt der kleinsten Dimensionen, man kann also berechnen, wie sich ein Quant "objektiv", " hinter der Bühne" verhält. Nimmt man aber Kontakt auf zu dieser Welt, durch ein Mess- oder Beobachtungsinstrument, so erhält man eine Antwort, die subjektiv und zufällig ist, und zwar subjektiv in dem Sinne, dass man durch das Messen den Zustand des Quants spontan verändert, so dass dieser in den Eigenschaften, nach denen man fragt, einem Objekt aus der Welt der mittleren Dimension "gleich" gemacht und damit messbar wird, und zufällig in dem Sinne, dass man trotz der deterministischen Berechnung der Zustandsänderung nur die Wahrscheinlichkeit für das Eintreffen bestimmter möglicher Messergebnisse voraussagen kann.

Das ist das radikal Neue, das durch die Quantenphysik entdeckt wurde. Und das Unerhört Neue ist, dass hier über eine zunächst philosophische Frage letztlich experimentell entschieden wurde. Besser kann nicht deutlich werden, wie wichtig für eine Weltanschauung eine Welt-Anschauung ist. Natürlich gibt es inzwischen Versuche, das, was man in der Quantenphysik mit unstrittigen Verfahren berechnen kann, anders zu interpretieren, aber diese sind nicht sehr überzeugend (z.B. Multiuniversen) oder inzwischen als falsch erkannt (verborgene Variablen). Es ist merkwürdig, dass viele Philosophen, die sich mit der Bedeutung der Begriffe Realität und Wirklichkeit sowie mit der Subjekt-Objekt-Problematik beschäftigen, diese nachprüfbaren Ergebnisse der Physik auch heute noch nicht rezipiert haben.

Wenn man heute von dem Wandel berichtet, den die Begriffe Wirklichkeit, Raum und Zeit durch die Quantenmechanik und Relativitätstheorie erfahren haben, möchte man manchmal den Mut bewundern, den die Physiker damals gehabt haben müssen, als sie solche radikal neuen Gedanken diskutierten. Aber diese fielen ja nicht vom Himmel, sie waren auch nicht Frucht besonders forscher Spekulation – sie drängten sich auf durch einen Entwurf einer Theorie in mathematischer Sprache, in der man die wichtigsten experimentellen Ergebnisse durch mathematisch exakte Ableitungen aus einer einzigen Grundgleichung erhalten konnte. Bewundernswert ist wohl eher die Hartnäckigkeit und der Scharfsinn, mit der diese Forscher diese Knäuel von Beobachtungen einer unsichtbaren Mikrowelt entwirrten und eine mathematisch schöne Theorie fanden, von der aus sie alle bis dahin bekannten Quantenphänomene erklären konnten.

Gewissermaßen als Resüme hat Heisenberg zwei Kapitel angeschlossen: In "Sprache und Wirklichkeit in der modernen Physik" sieht er einen wesentlichen Grund für die heftigen Auseinandersetzungen, die die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik hervorgerufen haben, in der Unzulänglichkeit unserer Alltagssprache. In dieser kann man nicht mehr die Verhältnisse der Natur schreiben, die in nichtalltäglichen Dimensionen herrschen. Er beschreibt sehr plastisch die Mehrdeutigkeit unser "gewöhnlichen" Sprache. Ihren Vorteilen für die Vermittlung zwischenmenschlicher Erfahrungen steht die Schwierigkeit entgegen, eine längere Kette logisch zwingender Schlussfolgerungen bilden zu können. In einer Wissenschaftssprache muss aber gerade so etwas die Regel sein.

Für die Übersetzung der Methoden und Ergebnisse der Quantenphysik von der mathematischen Sprache in eine rein verbale, allgemeiner verständliche Sprache sieht Heisenberg zwei Möglichkeiten: Eine davon ist die Nutzung der Alltagssprache im Bewusstsein, dass die klassischen Begriffe, die man dabei benutzt, nur begrenzt taugen, so dass man z.B. manchmal bei einem Quant von einem Teilchen redet, manchmal von einer Welle, aber stets weiß, dass in keinem Fall der klassische Begriff ganz ernst zu nehmen ist. Diese Form der Kommunikation hat sich bis heute durchgesetzt. Wer aber nun die Quantenphysik nur in der Alltagssprache kennen lernt, kann leicht in die Irre gehen. Man spricht so z.B. oft von einem "Teilchen-Welle-Dualismus", ein Wort, das leider oft Verwirrung erzeugt, weil es das Wesentliche verschweigt: Ein Quant ist etwas, womit die Menschen im Laufe der Evolution keine Erfahrung sammeln und wofür sie somit auch keine Vorstellung entwickeln konnten. "Teilchen" und "Welle" können somit nur Bilder sein, die stets nur halbwegs passen. Wer die Quantenphysik nur in der Alltagssprache kennen lernt, hat leider so nicht die geringste Chance, sinnvolle Schlüsse auf diesem Gebiet zu ziehen.

Die zweite Möglichkeit, über Quanten zu reden, besteht darin, dass man unsere von allen intuitiv benutzte zweiwertige Logik erweitert zu einer so genannten Quantenlogik. Diese ist dem mathematischen Kalkül der Quantenmechanik nachgebildet und Heisenberg beschreibt sie relativ ausführlich, da sie damals als eine echte Alternative erschien. Es zeigte sich aber bald, dass nur der sich in dieser Sprache zurecht findet, der auch die mathematische Sprache beherrscht. Somit lohnt sich der Aufwand für den beabsichtigten Zweck eigentlich gar nicht, und es ist plausibel, dass die Quantenlogik in der Vermittlung der Quantenphysik heute keine Rolle spielt.

Im Schlusskapitel greift Heisenberg das Thema des ersten Kapitels wieder auf: Welche Rolle spielen die Ergebnisse der modernen Physik in der Geschichte des menschlichen Denkens? Wie stark werden sie auf überkommene Vorstellungen einwirken? In der Tat, hier wird sehr deutlich, wie sehr Physik auch immer zur Philosophie wird. Deren charakteristische Tugend, das kritische Hinterfragen, pflegt sie allemal, sie beschränkt sich zwar nur auf Fragen, die in der Natur überprüfbar sind. Das führt zu verlässlichem, intersubjektiv konsensfähigem Wissen, das ist aber nicht alles: Es zeigt sich im Laufe der Geschichte immer wieder, dass Grundfragen der Philosophie, die sich auf die Natur beziehen, eigentlich Fragen der Physik sind.

Natürlich gibt es auch noch andere Fragen, nämlich die nach dem richtigen Leben und dem Zusammenleben der Menschen. Auch diese verliert Heisenberg nicht aus dem Blick, er kennt die großen internationalen Forschungsverbünde, in der Forscher aus allen Ländern an einer großen wissenschaftlichen Aufgabe arbeiten und hat erlebt, wie eine solche gemeinsame Arbeit für ein großes Ziel unterschiedliche kulturelle oder religiöse Voreinstellungen irrelevant werden lassen. Und er weiß, dass man das kritische Hinterfragen nicht überstrapazieren kann, dass jeder Mensch früher oder später gewisse Einstellungen zur "Grundlage des Lebens " machen muss, um in allfälligen Lebenssituationen auch zu Entscheidungen fähig zu sein. In der Spannung zwischen diesen beiden Polen – Offenheit gegenüber neuen Gedanken einerseits und Sinngebung auf der Basis einer geistigen Lebensgrundlage andererseits – lebt jeder und jede Gesellschaft, und man kann nur mit Heisenberg hoffen, dass das Wissen um die Vorläufigkeit der eigenen geistigen Lebensgrundlage um sich greift, so dass mehr Toleranz und friedliches Miteinander möglich werden.

Veröffentlicht von Josef Honerkamp

Josef Honerkamp war mehr als 30 Jahre als Professor für Theoretische Physik tätig, zunächst an der Universität Bonn, dann viele Jahre an der Universität Freiburg. Er hat er auf den Gebieten Quantenfeldtheorie, Statistische Mechanik und Stochastische Dynamische Systeme gearbeitet und ist Autor mehrerer Lehr- und Sachbücher. Nach seiner Emeritierung im Jahre 2006 möchte er sich noch mehr dem interdisziplinären Gespräch widmen. Er interessiert sich insbesondere für das jeweilige Selbstverständnis einer Wissenschaft, für ihre Methoden sowie für ihre grundsätzlichen Ausgangspunkte und Fragestellungen und kann berichten, zu welchen Ansichten ein Physiker angesichts der Entwicklung seines Faches gelangt. Insgesamt versteht er sich heute als Physiker und "wirklich freier Schriftsteller".

12 Kommentare

Hallo, in einem anderen blog zur Quantenmechanik gab es auf eine Frage, die ich mir (vielleicht ein bischen zu laienhaft) stelle, keine Reaktion, daher stelle ich sie hier noch einmal. Es würde mich interessieren, ob mein Eindruck so einigermaßen zutrifft:

Ich frage mich gerade, ob die Eigenart der Quantenmechanik (wenn ich das richtig verstanden habe?), daß sie zwar die gegenüber der klassischen Mechanik grundlegendere Theorie sei, aber trotzdem auf klassische Begriffe zurückgreifen muss, nicht einfach daher kommt, dass die Quantenmechanik eine “Deformation” klassischer Physik ist? Denn in der Mathematik werden Quanten-Varianten von Größen durch einen formalen Deformationsprozeß konstruiert und mir ist irgendwo das Stichwort “deformation quantization” in der Physik aufgefallen. Ausserdem gibt’s in der Hamilton-Jacobi Mechanik ja den Übergang zur Wellenmechanik (“Eikonalgleichung” wenn ich mich richtig erinnere), der zur Schrödingergleichung führt. Dies macht auch plausibel, warum man in der Mathematik quantenphysikalische Grundkonzepte als math. Grundkonzepte betrachtet (etwa Connes’ “Noncommutative Geometry” oder Manin’s Supermanigfaltigkeiten in “Gauge Field Theory and Complex Geometry”, usw.). Demnach wäre das Neue in der Quantenmechanik also keine neue physikalische Erkenntnis gewesen, sondern eine neue mathem. Einsicht (analog der Erfindung der Null), die zwar experimentell motiviert war, aber auf die man sowieso gestossen wäre auch wären Versuche, klassische Modelle zur Quantenmechanik zu finden, dadurch in sich verfehlt?

@T.- Antwort auf “eine Frage”

Quantenmechanik macht Aussagen über die Natur in mathematischer Sprache. Man darf die Wörter und die Syntax dieser Sprache aber nicht mit den Aussagen verwechseln. Die Formulierung der Aussage und die Prüfung der Aussage auf Wahrheitsgehalt sind Aufgabe der Physik, die Bereitstellung der Wörter (Begriffe) und der Syntax die der Mathematik. Für die QM brauchte man nicht einmal neue Wörter, man kommt mit linearer Algebra im Hilbertraum aus Hamilton-Jacobi-Formalismus und Deformationsideen sind nachträgliche Versuche, die QM an die Klassische Mechanik rein formal anzuschließen. Das ist vielleicht mathematisch interessant, aber nicht physikalisch.
Das Neue ist wirklich eine physikalische Aussage: Im Mikrokosmos müssen wir “Teilchen”, d.h. lokalisierte Objekte durch ein Feld, durch eine Wellenfunktion beschreiben (das ist zumindest eine Form, die Neuigkeit zu formulieren) die Mathematik dazu war bekannt (siehe oben).
Mathematik ist zwar die Sprache der Physik, neue Sätze in dieser Sprache müssen aber nicht physikalisch sinnvoll sein. Mathematik kommt ohne Physik aus, Physik aber nicht ohne Mathematik. Mathematik ist eine Strukturwissenschaft, Physik eine Naturwissenschaft.

@ Herrn Honerkamp: Antwort auf “eine Frage”

Vielen Dank! Ich hatte bloss irgendwo aufgeschnappt, schon Hamilton hätte die Schödingergleichung gefunden. Eine weitere Frage: Gibt es Interpretationsfragen nur bei der Quantenmechanik, oder auch welche in der Quantenfeldtheorie? Denn während eine (wenn auch nachträgliche) Zuordnung ersterer zur klassischen Mechanik einen Widerspruchsfreiheitsbeweis liefert (analog zur Widerspruchsfreiheit nichteukl. Geometrien durch euklidische Modelle), habe ich noch nichts von Widerspruchfreiheitsbeweisen für Quantenfeldtheorien gehört. Falls es wirklich keine gibt, wäre das vielleicht eher ein Thema für Philosophie als die nichtrelativistische QM.

Dieses ist kein großes Thema bei den Quantenfeldtheorien (sagen wir besser, ich habe während meiner Zeit als Quantenfeldtheoretiker nicht viel davon gehört). Aber man kann zeigen, dass der klassische Grenzfall der Quantenelektrodynamik die Klassische Elektrodynamik ist, und meines Wissens gibt es keine wirklich neuen Interpretationsprobleme, höchstens eher technische. Philosophisch scheint da nicht viel “zu holen” zu sein. Vielleicht wird das in einer Quantengravitationstheorie anders sein.

Ich finde gerade heute erst Ihr interessantes Blog und diese schöne Besprechung von Heisenbergs Buch. Heisenberg ist ja einer der letzten aus der Generation der Physiker, für die es ganz selbstverständlich war, sich über die philosophischen Aspekte ihrer Wissenschaft und ihrer Forschungen Gedanken zu machen. Schön, dass Sie als Physiker daran anknüpfen.

Erscheinungsjahr 1959 ?

“”Physik und Philosophie” von Werner Heisenberg aus dem Jahr 1956″: War das Erscheinungsjahr nicht 1959 ?
Gruß BG

Sie haben recht. Das Buch stützt sich zwar auf Vorlesungen, die er 1955/1956 gehalten hat. Das Buch selbst ist aber 1958 in Englisch und 1959 in Deutsch erschienen. Ich werde es im Text korrigieren. Vielen Dank.

Ich wuerde gerne fragen, welches aktuellere Buch bzw. Buecher über das Thema “Physik und Philosophie” Sie sonst empfehlen wuerden. Besten Dank!


Video: La physique Quantique en 10 min. (Janvier 2022).