Auf der Suche nach Schrödingers Katze

„Auf der Suche nach Schrödingers Katze: Quantenphysik und Realität “ (1984) ist ein populärwissenschaftliches Buch des Physikers John Gribbin . Er erläutert darin in allgemeinverständlicher Form die Geschichte, Anwendungen und Interpretationen der Quantenmechanik . ^{[ 1 ]}

Teil I Die Quanten

1. Light erörtert Isaac Newtons Korpuskeltheorie des Lichts , die von Christian Huygens ’ Wellentheorie abgelöst wurde . Er stellt Thomas Youngs Doppelspaltexperiment vor .

2. Das Kapitel „Atome“ behandelt die Geschichte der Atomtheorie und wie Albert Einsteins Erklärung der Brownschen Bewegung die Existenz von Atomen bewies. Er geht auf J. J. Thomsons Entdeckung des Elektrons und Ernest Rutherfords Entdeckung des Atomkerns ein .

3 Light & Atoms behandelt Max Plancks Vorschlag, dass Licht als Quanten absorbiert oder emittiert wird , sowie Einsteins Anwendung der Quantentheorie zur Erklärung des photoelektrischen Effekts , die von Robert Millikan bestätigt wurde .

4. „Bohrs Atom“ behandelt Niels Bohrs Anwendung der Quantentheorie auf das Atom. Bohrs Modell , in dem Elektronen durch Absorption oder Emission von Photonen bestimmter Frequenz auf höhere oder niedrigere Energiezustände springen, erklärte die Balmer-Serie der Spektrallinien des Wasserstoffs und die Struktur des Periodensystems und sagte die Eigenschaften von Hafnium korrekt voraus .

Teil II Quantenmechanik

5. In „Photonen & Elektronen“ werden Photonen (ein Begriff, der von Gilbert N. Lewis zur Beschreibung von Lichtquanten geprägt wurde) behandelt, deren Existenz durch Arthur Comptons gleichnamigen Effekt nachgewiesen wurde . Louis de Broglie postulierte den Welle-Teilchen-Dualismus , der experimentell von Clinton Davisson und George Paget Thomson bestätigt wurde . Er merkt an: „1906 erhielt J. J. Thomson den Nobelpreis für den Beweis, dass Elektronen Teilchen sind; 1937 wurde seinem Sohn der Nobelpreis für den Beweis verliehen, dass Elektronen Wellen sind.“ ^{[ 2 ]} Wolfgang Paulis Pauli - Prinzip , demzufolge sich maximal zwei Elektronen gleichzeitig im selben Quantenzustand befinden können, erklärte den Aufbau von Atomen. Er führt den Spin und die Bose-Einstein-Statistik (zur Beschreibung von Bosonen , also Teilchen mit ganzzahligem Spin) sowie die Fermi-Dirac-Statistik (zur Beschreibung von Fermionen , also Teilchen mit halbzahligem Spin) ein.

6. Matrizen & Wellen behandelt Werner Heisenbergs Matrizenmechanik und Erwin Schrödingers Wellenmechanik , die, unabhängig voneinander formuliert, sich als mathematisch äquivalent erwiesen.

7. „Kochen mit Quanten“ behandelt Anwendungen der Quantenmechanik. Paul Diracs relativistische Wellengleichung sagte die Existenz von Antimaterie voraus , die 1932 von Carl David Anderson entdeckt wurde. Weitere Anwendungen umfassen Maser und Laser , Halbleiter und Supraleiter . Die Entdeckung der Röntgenbeugung durch William und Lawrence Bragg ermöglichte James Watson , Francis Crick und Rosalind Franklin die Aufklärung der Doppelhelixstruktur der DNA.

Teil III …Und darüber hinaus

8. Im Abschnitt „Zufall und Unschärfe“ werden Interpretationen der Quantentheorie, Bohrs Komplementaritätsprinzip und Heisenbergs Unschärferelation erörtert . Er kehrt zum Doppelspaltexperiment zurück.

9. Paradoxien und Möglichkeiten behandelt die Bohr-Einstein-Debatten , das Gedankenexperiment der Uhr in der Box und das EPR-Paradoxon . Er stellt Schrödingers gleichnamiges Gedankenexperiment, Wheelers verzögertes Wahlexperiment und das partizipatorische Universum vor.

10. In „The Proof of the Pudding“ wird der Satz von John Stewart Bell und sein Test durch Alain Aspect erörtert .

11. Many Worlds erörtert Hugh Everett III.s Viele -Welten-Interpretation und ihre Anwendung in wissenschaftlichen Fakten und Fiktionen .

Epilog Unerledigte Angelegenheiten

Er erörtert die Quantenelektrodynamik , die elektroschwache Theorie und die Quantenchromodynamik . Er betrachtet auch spekulativere Vorschläge, wie beispielsweise Roger Penroses Twistor -Theorie .

In Schrödingers Kätzchen und die Suche nach der Realität (1995) versucht Gribbin, die losen Enden mithilfe der Stringtheorie zusammenzuführen .

In Chemistry World schreibt Josh Howego: „Gribbin merkt an, wie schwierig es ist, die schrittweise Entwicklung der Quantentheorie in einer zusammenhängenden Geschichte nachzuzeichnen, doch gelingt ihm dies dennoch hervorragend.“ Er lobt Gribbins Verwendung von Analogien. ^{[ 1 ]}

Eine Rezension in einem Blog der Universität Oxford kommt zu dem Schluss: „Ich würde dieses Buch jedem angehenden Physiker wärmstens empfehlen. Gribbin nutzt sein hervorragendes Verständnis des Wesens der Quantenmechanik, um ein Buch zu verfassen, das gleichermaßen faszinierend und lehrreich ist.“ ^{[ 3 ]}

Isaac Asimov nannte es „eine fesselnde Darstellung der Geschichte der Quantenmechanik und eine klare Beschreibung ihrer Bedeutung – und ihrer Merkwürdigkeiten. Absolut faszinierend.“ ^{[ 4 ]}

Robert Macfarlane schreibt, dass „ Margaret Atwood – die neben Martin Amis , Ian McEwan und Tom Stoppard zu den Schriftstellern gehörte , die sich sehr für die neue Physik begeisterten – sie las, verinnerlichte und Gribbin in ihrem späteren Roman „ Katzenauge “ lobend erwähnte .“ ^{[ 5 ]} A. S. Byatt nannte es „präzise und doch geheimnisvoll … so schön wie ein Gedicht und so spannend wie ein Roman“. ^{[ 6 ]}

Biografische Quellen

• Graham Farmelo , Der seltsamste Mann: Das verborgene Leben des Paul Dirac
• James Gleick , Genie: Das Leben und die Wissenschaft von Richard Feynman
• Abraham Pais , Der Herr ist subtil: Die Wissenschaft und das Leben von Albert Einstein

Für Laien: Einführung in die Quantentheorie

• Jim al-Khalili , Quauntum: Ein Leitfaden für Verwirrte
• Richard Feynman , QED: Die seltsame Theorie von Licht und Materie
• John Polkinghorne , Die Quantenwelt