wissen.leben | WWU Münster 


Einführung in die Quantenmechanik

Sommersemester 2008

Prof. Dr. G. Münster

 

Vorlesungen / Übungen

Vorlesung Mo., Do. 10.15 - 11.55
jeweils incl. 10 Min. Pause
HS2
Übungen Di. 8 - 10 / (Mo. 8 - 10) siehe unten
Zusätzliche Übungen Fr. 8 - 10 / (Do. 8 - 10) siehe unten


In der ersten Vorlesung am Montag, 07.04.2008, findet die Anmeldung zu den Übungen und die Einteilung der Übungsgruppen statt.

Für den Erwerb eines Leistungsnachweises ("Scheines") müssen die folgenden Kriterien erfüllt werden:

  • Zulassung zur Klausur: 40% der Punkte der Übungsaufgaben
  • Klausur: 50% der Punkte, hieraus ergibt sich die Note

Ausserdem muss an den Übungen teilgenommen werden. Für das Präsentieren gelöster Aufgaben in den Übungen werden Bonuspunkte vergeben.


Klausur

Die Klausur findet statt am

Dienstag, den 22. Juli 2008, 14.00 bis 17.00 / 18.00 Uhr

Als Hilfsmittel sind erlaubt: 1 Blatt DINA4 mit handschriftlichen Notizen und ein Taschenrechner (ohne Textspeicher). Für jeden betroffenen Studiengang wird es eine der Studienordnung entsprechende drei- bzw. vierstündige Klausur geben.

Anmelde-Zeitraum für die Vorlesung und Übungen (Studienleistungen) im QISPOS: 21.04. - 14.05.2008

Anmelde-Zeitraum für die Klausur (Modulabschlussprüfung) im QISPOS: 30.06. - 21.07.2008

Endgültige Liste mit Ergebnissen (Punkte, Note): Aushang im Institut für Theoretische Physik (TP), 3. Etage, und online hier.

Die Nachklausur findet statt am

Dienstag, den 14. Oktober 2008, 14.00 bis 17.00 / 18.00 Uhr im Hörsaal HS 1

Es gelten die gleichen Bedingungen wie für die Klausur.

Die Klausureinsicht zur Nachklausur findet statt am Mittwoch, 22.10.08, 14:00 - 15:00 Uhr im SR A.

Endgültige Liste mit Ergebnissen der Nachklausur (Punkte, Note): Aushang im Institut für Theoretische Physik (TP), 3. Etage, und online hier.


Übungsgruppen

LeiterE-Mail RaumGebäude Beginn
Björn Baumeier baumeier(at)uni-muenster.de SR 304KernphysikDi, Fr 08.30
Christine Broelemann broehle(at)uni-muenster.de SR DIG IDi, Fr 08.30
Jonas Daniels j_dani01(at)uni-muenster.de SR 303KernphysikDi, Fr 08.30
Felix Huerkamp f.huerkamp(at)uni-muenster.de SR 403KernphysikDi, Fr 08.30
Jan Huneke jan.huneke(at)uni-muenster.de SR CIG IDi, Fr 08.30
Thomas Papenkort t_pape01(at)uni-muenster.de SR 718IG IDi, Fr 08.30
Doris Reiter reiterd(at)uni-muenster.de SR 619IG IDi, Fr 08.30
Norina Anna Richter n.a.richter(at)gmx.de SR BIG IDi, Fr 08.30
Svea Sauer Svea-Sauer(at)t-online.de SR AIG IDi, Fr 08.30
Bernd Stärk bernd.staerk(at)uni-muenster.de SR 104KernphysikDi, Fr 08.30
Jürgen Wieferink wieferink(at)uni-muenster.de SR 103KernphysikDi, Fr 08.30
Giselmar Hemmert g_hemm01(at)uni-muenster.de HS 404KernphysikMo, Do 08.30
Christoph Sommer c_somm02(at)uni-muenster.de SR 311KernphysikMo, Do 08.30

Inhalt der Vorlesung:

1 Materiewellen
1.1 Welleneigenschaften der Materie
1.2 Freie Teilchen
1.2.1 Wellenpakete
1.2.2 Zerfließen der Wellenpakete
1.2.3 Wellengleichung
1.2.4 Kontinuitätsgleichung
1.3 Deutung der Materiewellen
1.3.1 Wahrscheinlichkeitsinterpretation
1.3.2 Welle-Teilchen-Dualismus
1.4 Impulsraum
1.5 Impulsoperator, Ortsoperator
1.6 Heisenberg'sche Unschärferelation
2 Schrödingergleichung
2.1 Zeitabhängige Schrödingergleichung
2.2 Zeitunabhängige Schrödingergleichung
3 Wellenmechanik in einer Dimension
3.1 Teilchen im Kasten: unendlich hoher Potenzialtopf
3.2 Endlicher Potenzialtopf
3.2.1 Gebundene Zustände
3.2.2 Streuzustände
3.2.3 Streuung von Wellenpaketen
3.3 Potenzialbarriere
3.4 Tunneleffekt
3.5 Allgemeine eindimensionale Potenziale
4 Formalismus der Quantenmechanik
4.1 Quantenmechanischer Zustandsraum
4.2 Lineare Operatoren
4.3 Observable
4.3.1 Observable und Messwerte
4.3.2 Verträgliche Observable
4.3.3 Unschärferelation
4.4 Die Postulate der Quantenmechanik
4.5 Wahrscheinlichkeitsdeutung der Entwicklungskoeffizienten
5 Harmonischer Oszillator
5.1 Spektrum
5.2 Eigenfunktionen
5.3 Unschärfen
5.4 Wellenpaket
6 Drehimpuls
6.1 Drehimpuls-Operator
6.2 Teilchen im Zentralpotenzial
6.3 Eigenwerte des Drehimpulses
6.3.1 Allgemeine Drehimpuls-Eigenwerte
6.3.2 Eigenwerte des Bahndrehimpulses
6.4 Eigenfunktionen zu L2 und L3
6.5 Radialgleichung
7 Rotation und Schwingung zweiatomiger Moleküle
7.1 Zweikörperproblem
7.2 Rotations-Vibrations-Spektrum
8 Das Wasserstoffatom
9 Spin
9.1 Experimentelle Hinweise
9.2 Spin 1/2
9.3 Wellenfunktionen mit Spin
9.4 Elektron im Magnetfeld
10 Quantentheorie mehrerer Teilchen
10.1 Mehrteilchen-Schrödingergleichung
10.2 Pauli-Prinzip
10.3 Das Helium-Atom
11 Quantencomputer
11.1 Klassische Computer
11.2 Quantencomputer
12 Näherungsmethoden
12.1 Störungstheorie
12.2 Variationsverfahren


Übungsaufgaben

Die Übungsaufgaben werden donnerstags in der Vorlesung verteilt.
Die Lösungen müssen am folgenden Donnerstag vor Beginn der Vorlesung im Hörsaal abgegeben werden.
(In Ausnahmefällen können sie per E-Mail an den Übungsgruppenleiter gesandt werden. In diesem Falle müssen sie im Postscript- oder PDF-Format geschickt werden und nicht größer als 1 MB sein. MS-Word-Dokumente oder andere Formate nehmen wir nicht an.) Die Übungszettel werden hier im LaTeX-Quelltext und im PDF-Format bereitgestellt. Wer noch keinen PDF-Viewer hat, kann den Adobe Acrobat Reader gratis bekommen bei Adobe.

Blatt 1 LaTeX PDF
Blatt 2 LaTeX PDF
Blatt 3 LaTeX PDF
Blatt 4 LaTeX PDF
Blatt 5 LaTeX PDF
Blatt 6 LaTeX PDF
Blatt 7 LaTeX PDF
Blatt 8 LaTeX PDF
Blatt 9 LaTeX PDF
Blatt 10 LaTeX PDF
Blatt 11 LaTeX PDF
Blatt 12 LaTeX PDF
Blatt 13 LaTeX PDF


Merkblatt

Eine Zusammenfassung wichtiger Formeln und Sachverhalte finden Sie in dem Merkblatt zur Quantenmechanik.


Programme

In der Vorlesung setze ich gelegentlich Software zur Visualisierung von Sachverhalten der Quantenmechanik ein. Einige der Quellen sind die folgenden:

Visual Quantum Mechanics

ist eine Sammlung von Programmen zur Quantenmechanik. Die aktuelle Version besteht aus mehreren interaktiven Java-Applets, die man auf den WWW-Seiten der Physics Education Group der Kansas State University findet. Eine ältere Windows95-Version steht hier zum Download (13 MB) als Zip-File bereit. Auf schnellen PCs läuft allerdings nicht alles rund und die Installation hat ein paar Bugs, die in der beigefügten Datei Readme.txt genannt sind.

Atomos

illustriert das Wasserstoff-Atom in drei Programmen: Rutherford-Streuung, Bohr'sches Atom-Modell und Schrödinger'sche Wellenmechanik. Im Wellenmechank-Programm kann man sich die Eigenfunktionen in verschiedenen Darstellungen ansehen. Das Programm kann auf der Seite "Repetitorium der Atomphysik" heruntergeladen werden.

Doppelspalt

ist eine sehr schöne und sauber programmierte Demonstration des Doppelspaltversuches mit klassischen Teilchen, Photonen, Elektronen etc., die von Herrn Muthsam an der LMU München erstellt wurde und unter Windows läuft. Sie kann von der Doppelspalt-Webseite heruntergeladen werden.

Albert. Physik interaktiv.

ist eine käuflich zu erwerbende Sammlung von Programmen zu vielen Gebieten der Physik. Darin enthalten sind auch Programme zur Streuung am Rechteckpotenzial, zum harmonischen Oszillator und zu zeitabhängigen Lösungen der Schrödinger-Gleichung. Springer Verlag, Heidelberg, EUR 49,95.


Literaturhinweise

Lehrbücher:

G. Münster: Quantentheorie, de Gruyter, 2006, EUR 34,95
F. Schwabl: Quantenmechanik, Springer, Berlin, 2004, EUR 29,95
S. Gasiorowicz: Quantenphysik, Oldenbourg, München, 2005, EUR 44,80
M. Alonso, E.J. Finn: Quantenphysik und Statistische Physik, Oldenbourg, München, 2005, EUR 39,80
W. Nolting: Grundkurs Theoretische Physik, Bände 5/1 und 5/2, Quantenmechanik, Springer, Berlin, 2003, jeweils EUR 39,95

Allgemeinverständliche Bücher zur Interpretation der Quantenmechanik:

A.I.M. Rae: Quantenphysik: Illusion oder Realität?, Reclam, 1996, EUR 4,60
F.A. Wolf: Der Quantensprung ist keine Hexerei, Birkhäuser, Basel F. Selleri: Die Debatte um die Quantentheorie, Vieweg, Wiesbaden, 1990



Imprint | © 2007 WWU Münster
Universität Münster
Schlossplatz 2 · 48149 Münster
Tel.: +49 (251) 83-0 · Fax: +49 (251) 83-3 20 90
E-Mail: