Quantenmechanik (nicht nur) für Lehramtsstudierende

Dieses Lehrbuch zur Quantentheorie ist speziell für Lehramtsstudierende konzipiert und auf die Bedürfnisse zukünftiger Lehrkräfte zugeschnitten, kann darüber hinaus auch vielseitig und interdisziplinär eingesetzt werden. Besonderheiten Klar hervorgehoben wird, was aus der Beobachtung hervor geht und was theoretische Schlussfolgerungen sind, so wie in der Anekdote über Dirac zu geschorenen Schafen und der Präzisierung, dass sie zumindest auf der uns zugewandten Seite geschoren sind. Die konzeptuellen Grundlagen, aber auch die Darstellung des mathematischen Formalismus der Quantenphysik stehen dabei im Vordergrund. Mit Hilfe von Übungsaufgaben und Lösungen kann das Gelernte überprüft und die Anwendung verfestigt werden. Inhalt Drei Wege zur Quantentheorie – Die Grundlagen der Quantentheorie – Ausgewählte und vertiefende Kapitel zur Quantentheorie Neuerungen (2. Aufl.) Überarbeitet und erweitert, um Entwicklungen der Bildungsstandards der KMK, geschichtliche Meilensteine im Rahmen des Quantenjahres, komplexere Themen und zukunftsgerichtete Bereiche wie Qubits angemessen zu berücksichtigen. Zielgruppe Neben physikalisch ausgebildeten Personen, die Jugendlichen jetzt oder zukünftig Quantentheorie vermitteln, adressiert es auch diejenigen, die im Studium oder beruflich mit der Quantentheorie intensiver auseinandersetzen müssen, z.B. in der Wissenschaftskommunikation, in Wissenschaftsgeschichte, Wissenschaftsphilosophie oder Wissenschaftsjournalismus. Vorkenntnisse Grundlagen der klassischen Physik, Linearen Algebra und Analysis werden vorausgesetzt.

Thomas Filk hat in Bonn Physik studiert und dort in theoretischer Physik promoviert. Nach einem Aufenthalt an der Tokyo University ging er nach Freiburg, als wissenschaftlicher Assistent und später als Dozent. Er hat viele Jahren eine Vorlesung zur Quantentheorie gehalten, die sich speziell an Lehramtsstudierende richtet und auf deren Grundlage das vorliegende Buch entstanden ist. Daneben sind auch Erfahrungen als Physiklehrer in der Schule sowie in der Lehrerfortbildung eingeflossen.

I Drei Wege zur Quantentheorie.- Photonenexperimente zur Polarisation.- Interferenzexperimente am Doppelspalt.- Die Anfänge der Quantentheorie in Experimenten.- II Die Grundlagen der Quantentheorie.- Das mathematische Rüstzeug.- Grundbegriffe und Postulate der Quantentheorie.- Folgerungen aus den Postulaten der Quantentheorie.- Kastenpotenzial und harmonischer Oszillator.- Das Coulomb-Potenzial.- Mehrteilchensysteme und Verschränkungen.- EPR und Bell'sche Ungleichungen.- Zweizustand-Systeme - Qubits.- Optische Experimente zur Quantentheorie.- III Ausgewählte und vertiefende Kapitel zur Quantentheorie.- Strahlungsgesetze.- Anmerkungen zu unendlichdimensionalen Vektorräumen.- Die Bra-Ket-Notation.- Das Heisenberg-Bild der Quantenmechanik.- Zeitentwicklungsoperator und Funktionalintegral.- Darstellungen der Drehgruppe und die Addition von Drehimpulsen.- Die lineare Kette und der Weg zur Quantenfeldtheorie.- Von Wellenfunktionen zum Zweizustand-System.- Probleme der Quantentheorie und offene Fragen.- Interpretationen der Quantentheorie.- Bohm’sche Mechanik.- Propositionen und Quantenlogik.- Zitate zur Quantentheorie.