Grundlagen der Quantenphysik

Bis vor wenigen Jahren wurde an den Schulen die Quantenphysik nach dem Stand von 1926 gelehrt. Die Schrödinger-Gleichung und Borns Wahrscheinlichkeitsdeutung waren damals bekannt. Die Quantenmechanik der 30-er Jahre war aber noch nicht entwickelt, viele Missverständnisse noch nicht ausgeräumt. Das 'Würzburger Quantenphysik-Konzept' wird der jetzt bekannten Quantenphysik gerecht und integriert viele der neueren Erkenntnisse und Experimente. Mit dem vorliegenden Schülerbuch zu den Grundlagen der Quantenphysik wird ein für den Oberstufen-Unterricht an Gymnasien geeignetes Lehrbuch präsentiert, das dieses Konzept realisiert. Es wickelt die Inhalte anhand von typischen Schulexperimenten, die z.T. als Schülerversuche durchführbar sind, manchmal mit Hilfe von Simulationsprogrammen. Übungsaufgaben, Zusammenfassungen und Checklisten zur Selbstkontrolle ermöglichen den Schülerinnen und Schülern ein aktives Studium. Weitere Unterrichtsmaterialien stehen in den übrigen Bänden dieser Reihe und im Internet unter http://www.forphys.de zur Verfügung. Traditionell steht im Mittelpunkt des schulischen Interesses an der Quantenphysik die Frage, ob Elektronen oder Photonen nun Teilchen oder Wellen sind, eine Fragestellung, die vielfach mit dem Schlagwort 'Welle-Teilchen-Dualismus' charakterisiert wird, den es in seiner ursprünglichen Bedeutung bekanntlich nicht gibt. Demgegenüber wurde vom Autor - aufbauend auf wichtigen Vorarbeiten von Küblbeck und Müller - ein neues didaktisches Konzept zur Behandlung der Quantenphysik für die Schule vorgeschlagen, das 'Grundfakten' in den Vordergrund stellt, vergleichbar mit den Küblbeck-Müller'schen 'Wesenszügen'. Die 'Grundfakten' ähneln Axiomen der Quantenphysik, mit deren Hilfe eine große Zahl von Experimenten und Erscheinungen der Quantenphysik zumindest qualitativ - auf heuristische Weise - 'erklärt' werden können. Statt des so genannten 'Welle-Teilchen-Dualismus' werden hier Unbestimmtheit und Komplementarität in den Vordergrund gestellt. Dieses neue 'Würzburger Quantenphysik-Konzept' ist im Internet unter http://www.forphys.de ausführlich mit vielen weiteren Materialien dargestellt.

Der Autor war viele Jahre als Gymnasiallehrer für Mathematik und Physik in Würzburg tätig und bildete als Seminarlehrer für Physik junge Referendare zu Physiklehrern an Gymnasien aus. Als promovierter Di­plomphysiker arbeitete er in der Atom- und Kernphysik und der Festkörperphysik und erwarb sich dabei gründliche Kenntnisse der relativistischen und nichtrelativistischen Quantentheorie und der Vielteilchentheorie. Seine Kenntnisse konnte er auch bei Lehraufträgen an Studenten weitergeben. Während seiner schulischen Tätigkeit betrat er vielfach Neuland im Bereich des forschenden Ler­nens, vor allem mit Schülerversuchen zur Erarbeitung physikalischer Sachverhalte. Er entwickelte Soft- und Hardware für den Computereinsatz im Physik-Unterricht mit den zugehörigen neuartigen unterrichtlichen Konzepten und entwarf ein neues didaktisches Konzept zur Behandlung der Quantenphysik in der Schule, das "Würzburger Quantenphysik-Konzept".