Quant
Kleinstmögliche Zustandsänderung
Basiswissen
In der sogenannten Quantenphysik gibt es Zustandsänderungen, die man in einer gegebenen Situation (etwa eine bestimmte Atomhülle) nicht beliebig „verfeinern“ kann. Die Änderungen können sozusagen immer nur in Vielfachen eines kleinstmöglichen Päckchens durchgeführt werden. Diese kleinstmöglichen Änderungsmengen nennt man Quanten.
Definition
In der Physik wird unter Quant ein Objekt verstanden, das durch einen Zustandswechsel in einem System mit diskreten Werten einer physikalischen Größe erzeugt wird[3]. Quantisierte Größen werden im Rahmen der Quantenmechanik und davon angeregten Teilgebieten der theoretischen Physik wie der Quantenelektrodynamik beschrieben. Quanten können immer nur in bestimmten Portionen dieser physikalischen Größe auftreten, sie sind mithin die Quantelung dieser Größen.
Abgrenzung zum Teilchen
Oft wird mit dem physikalischen Begriff Quant ein Teilchencharakter der betrachteten Größe assoziiert. Dies ist jedoch nur ein Teil der eigentlichen Bedeutung des Begriffs. Ein Beispiel für ein Quant, dem man keinen Teilchencharakter zuschreiben kann, ist das Drehimpulsquant. Siehe auch Teilchen ↗
Abgrenzung zum Quantenobjekt
Ein Quant muss nicht notwendigerweise Teilchencharakter haben. Möchte man sich Quanten jedoch als klassische Teilchen vorstellen führt dies zu ungewöhnlichen Beschreibungen: Quantenobjekte haben einen einzigen festen Aufenthaltsort, sie existerien möglicherweise nicht durchgängig in der Zeit und haben noch weitere ungewöhnliche Eigenschaften. Siehe auch Quantenobjekt ↗
Die digitale Physik mit Zahlenquanten
Die Idee des Quants als nicht mehr weiter stückelbare Zustandsänderung hat in der Mathematik ihre Entsprechnung in Form der ganzen oder natürlichen Zahlen. Die Menge der ganzen Zahlen kennt keine Zwischenzahlen zwischen zwei Nachbarzahlen. Zwischen der natürlichen 2 und der natürlichen Zahl 3 gibt es keine weitere natürliche Zahl. Man spricht hier in der Mathematik auch von Diskretheit. Einen Vorschlag, die gesamte Physik auf ein Rechnen mit diskreten Zahlen zu reduzieren, machte im Jahr 1969 der Computerpioniert Konrad Zuse mit seiner Idee von einem rechnenden Raum[1]. Der Gedanke wurde später weiter ausgearbeitet[2] und wird heute angesprochen unter dem Stichwort digitale Physik ↗
Etymologie
- Das Wort Quant ist lateinischen Ursprung.
- Es geht züruck auf das Fragewort: quantum
- Quantum heißt: wie viel, welche Menge?
- Qu am Wortanfang steht oft für Fragen:
- quod, quid, quantum etc.
- Siehe auch Latein ↗
Fußnoten
- [1] Konrad Zuse: Rechnender Raum. Braunschweig: Friedrich Vieweg & Sohn. 1969. 70 Seiten. Siehe rechnender raum ↗
- [2] Stephen Wolfram, A New Kind of Science. (Wolfram Media, 2002). 1197 Seiten. Siehe auch Zellularautomat ↗
- [3] Albert Einstein im Jahr 1905 über Energiequanten: "Es scheint mir nun in der Tat, daß die Beobachtungen über die 'schwarze Strahlung', Photoluminiszenz, die Erzeugung von Kathodenstrahlen durch ultraviolettes Licht und andere die Erzeugung bez. Verwandlung des Lichtes betreffende Erscheinungsgruppen besser verständlich erscheinen unter der Annahme, daß die Energie des Lichtes diskontinuierlich im Raume verteilt sei. Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines von einem Punkte ausgehenden Lichtstrahles die Energie nicht kontinuierlich auf größer und größer werdenbde Räume verteilt, sondern es besteht dieselbe aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können." In: Annalen der Physik. Band 322, Nr. 6, 1905, S. 132–148, doi:10.1002/andp.19053220607. Dort die Seite 13r3. Online: http://myweb.rz.uni-augsburg.de/~eckern/adp/history/einstein-papers/1905_17_132-148.pdf