Quantenfeldtheorie: Photonen Und Ihre Deutung

ISBN-13: 9783528072759 / Niemiecki / Miękka / 1995 / 244 str.

Wilfried Kuhn; Janez Strnad

Opis

Es gibt eine Reihe von sehr guten Buchern zur Quantentheorie des elektromagneti schen Feldes. Diesen ein weiteres hinzuzufugen, bedarf daher einer Begrundung. Darstellungen auf hohem mathematischem Niveau sind fur den Spezialisten kon zipiert. Einer der Begrunder der Quantenelektrodynamik Richard Feynman hat aber auch in seinem Buch QED -Die seltsame Theorie des Lichtes und der Materie den sehr bemerkenswerten Versuch unternommen, einem breiten Publikum von interes sierten Nichtspezialisten die Grundgedanken der QED ganz ohne mathematischen Formalismus naher zu bringen. Unsere Darstellung ist in der Mitte dieses breiten Literaturspektrums plaziert. Es handelt sich um eine didaktisch reflektierte auf die wesentlichen Grundgedanken der Theorie gerichtete Darstellung, die sich sehr wohl des mathematischen Formalismus bedient. Das Buch wendet sich an Studenten, die bereits die theoretischen Grundkurse in Mechanik, Elektrodynamik und Quantenmechanik absolviert haben, insbesondere an Lehramtskandidaten. Aufgrund langjahriger Erfahrungen in Lehrerfortbildung kennen wir die Defizite dieser Physikergruppe, die im Rahmen ihrer Studienordnung und auch nicht zuletzt wegen des hohen Anspruchniveaus mit der Quantentheorie des elektromagnetischen Feldes ernsthaft nicht in Beruhrung gekommen ist. Die Folgen dieser bedauerlichen Situation sind nicht unbekannt. So wird immer noch die falsche Behauptung vertreten, zur theoretischen Deutung des Photoeffektes sei ein teilchenhaftes Photon notwendig. Wenn Lehrer gelegentlich in Fortbildungskur sen erfahren, das Photon sei als Anregungszustand des elektromagnetischen Feldes zu deuten, dann sagt ihnen dies nur dann etwas, wenn sie die Grundgedanken der Quantentheorie auch in einem elementaren mathematischen Kontext kennen, der sie mit diesem Hintergrundwissen davor bewahrt, in der Schule Falsches zu lehren."

Spis treści

Methodisches Konzept.- 1 Klassische Mechanik.- 1.1 Grundbegriffe.- 1.2 Harmonischer Oszillator.- 2 Quantenmechanik.- 2.1 Grundbegriffe.- 2.2 Schrödinger-Gleichung.- 2.3 Vertauschbarkeit von Operatoren.- 2.4 Harmonischer Oszillator.- 2.5 Hermite-Polynome.- 2.6 Erzeugungs- und Vernichtungsoperatoren.- 2.7 Orthogonalität und Normierung.- 2.8 Entwicklung nach Eigenfunktionen.- 2.9 Erwartungswerte und Unschärfen.- 2.10 Matrizen.- 2.11 Selbstadjungierte Operatoren.- 2.12 Unschärfebeziehung.- 2.13 Kohärente Zustände.- 2.14 Heisenberg-Bild.- 2.15 Teilchenzahldarstellung und Dirac-Schreibweise.- 2.16 Gequetschte Zustände.- 2.17 Phase.- 2.18 Quantenmechanik und klassische Mechanik.- 3 Klassische Elektrodynamik.- 3.1 Grundlagen.- 3.2 Laufende und stehende Wellen.- 3.3 Schwingungen und Wellen.- 3.4 Modendichte.- 3.5 Dipolstrahlung.- 4 Theorie der Photonen.- 4.1 Quantisierung des elektromagnetischen Feldes.- 4.2 Feldquantisierung mit stehenden Wellen.- 4.3 Feldquantisierung mit laufenden Wellen.- 4.4 Was sind eigentlich Photonen?.- 4.5 Kohärente Zustände.- 4.6 Quantentheorie und klassische Elektrodynamik.- 4.7 Vielmodenzustände.- 4.8 Statistische Gemische.- 4.9 Thermisches monochromatisches Licht.- 4.10 Thermisches Vielmoden-Licht.- 4.11 Strahlung des schwarzen Körpers.- 4.12 Strahlungsübergänge.- 4.13 Matrixelemente für Strahlungsübergänge.- 4.14 Spontane und stimulierte Emission und Absorption.- 4.15 Halbklassische Näherung.- 4.16 Einstein-Koeffizienten.- 4.17 Spontane Emission.- 4.18 Gibt es eine Photonen-Wellenfunktion?.- 4.19 Photonen und Elektronen.- 5 Effekte und Experimente.- 5.1 Laser.- 5.2 Intensitätsmessung.- 5.3 Interferenz.- 5.4 Photoionisation.- 5.5 Casimir-Kraft.- 5.6 Lamb-Verschiebung.- 5.7 Photonenkorrelationen erster Ordnung.- 5.8 Photonenkorrelationen zweiter Ordnung.- 5.9 Hohlraum-Quantenelektrodynamik und Mikromaser.- 5.10 Experiment mit einzelnen Photonen.- 5.11 Photonenzählung.- 5.12 Nichtklassisches Licht.- 5.13 Compton-Effekt.- 5.14 Photoeffekt.- Schlußwort.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.

O autorze

Prof. Dr. Wilfried Kuhn ist am Institut für Didaktik der Physik der Justus-Liebig-Universität Gießen tätig. Seine Hauptarbeitsgebiete umfassen Wissenschaftstheoretische Analysen physikalischer Begriffs- und Theorienbildung, physikhistorische Fallstudien, didaktische Konzepte zur Elementarisierung der Quantenphysik, speziell deren Interpretationsprobleme.
Prof. Dr. Janez Strnad arbeitet am Physik-Department im Stefan-Institut der Universität Ljubljana. Er ist hauptsächlich auf den Arbeitsgebiete der Relativitätstheorie, der didaktischen Untersuchungen zur Umsetzung moderner Forschungsergebnisse in Lehre und Unterricht sowie der Darstellung für eine wissenschaftlich interessierte Öffentlichkeit tätig.