Quantenmechanik (nicht nur) für Lehramtsstudierende

1. Auflage 2019
ISBN: 978-3-662-59735-4
Verlag: Springer

Buch, Deutsch, 390 Seiten, Format (B × H): 155 mm x 235 mm, Gewicht: 618 g

Reihe: Lehrbuch

Dieses Lehrbuch zur Quantentheorie ist speziell für Lehramtsstudierende konzipiert und auf die Bedürfnisse zukünftiger Lehrer und Lehrerinnen zugeschnitten. Die konzeptuellen Grundlagen, aber auch die Darstellung des mathematischen Formalismus der Quantenphysik stehen dabei im Vordergrund, gleichzeitig wird weniger Wert auf eine detaillierte Beschreibung der mathematischen Techniken zur Lösung spezifischer Probleme gelegt. Im ersten, einführenden Teil des Buches werden mögliche Zugänge zur Quantenmechanik beschrieben. Diese bieten dem Leser nicht nur zu Beginn verschiedene Perspektiven, aus denen man die Quantentheorie betrachten kann, sondern können auch mit den notwendigen didaktischen Änderungen in der Schule verwendet werden. Teil II umfasst den eigentlichen Lehrstoff, wie er in Vorlesungen an der Hochschule vermittelt wird: Vom mathematischen Rüstzeug über die Postulate bis hin zur Anwendung auf einfache Systeme, darunter das Kastenpotential, den harmonischen Oszillator unddas Wasserstoffatom. Das Grundwissen der Quantenmechanik wird hier nachvollziehbar und verständlich erklärt. Der dritte und abschließende Teil bietet eine Sammlung von weiterführenden, voneinander unabhängigen Themen mit ausführlicheren Hintergründen zu den Grundlagen und Anwendungen. Kapitel zu offenen Fragen, Problemen und Interpretationen der Quantentheorie, Quantenlogik aber auch tiefer gehende Betrachtungen der mathematischen Zusammenhänge ermöglichen so ein erweitertes Verständnis.

Mit Hilfe von Übungsaufgaben können Studierende das Gelernte überprüfen und in der Anwendung festigen. Die Lösungen zu den Aufgaben sowie weitere Aufgaben werden online bereitgestellt.

Zielgruppe

Lower undergraduate

Autoren/Hrsg.

Filk, Thomas

Fachgebiete

• Naturwissenschaften Physik Quantenphysik
• Sozialwissenschaften Pädagogik Lehrerausbildung, Unterricht & Didaktik Allgemeine Didaktik Naturwissenschaften, Mathematik (Unterricht & Didaktik)

Inhaltsverzeichnis

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.- Die Postulate der Quantentheorie und allgemeine Folgerungen.- Kastenpotenzial und harmonischer Oszillator.- Das Coulomb-Potenzial.- Mehrteilchensysteme und Verschränkungen.- Zweizustand-Systeme.- III Ausgewählte und vertiefende Kapitel zur Quantentheorie.- Anmerkungen zu unendlichdimensionalen Vektorräumen.- Zeitentwicklungsoperator und Funktionalintegral.- Das Heisenberg-Bild der Quantenmechanik.- Darstellungen der Drehgruppe und die Addition von Drehimpulsen.- Die lineare Kette und der Weg zur Quantenfeldtheorie.- Optische Experimente zur Quantentheorie.- Von Wellenfunktionen zum Zweizustand-System.- Probleme der Quantentheorie und offene Fragen.- Interpretationen der Quantentheorie.- Bohm’sche Mechanik.- Propositionen und Quantenlogik.- Zitate zur Quantentheorie.

Über Autor(innen)

Thomas Filk hat in Bonn Physik studiert und dort 1982 in theoretischer Physik promoviert. Nach einem zweijährigen Aufenthalt an der Tokyo University ging er 1985 nach Freiburg, wo er zunächst als wissenschaftlicher Assistent und seit 1993 als Dozent tätig ist. Sein Forschungsschwerpunkt umfasst dabei unter anderem auch die Grundlagen der Physik, insbesondere die Grundlagen der Quantentheorie. Er hält seit vielen Jahren eine Vorlesung zur Quantentheorie, 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 in das Buch eingeflossen.