Quantenelektrodynamik
Physik
Basiswissen
Die Quantenelektrodynamik, kurz QED, beschreibt die Wechselwirkung von Photonen mit Materie. Sie wurde in den 1940er Jahren konzipiert und verlieh ihren Entwicklern den Nobelpreis.
Grundgedanke
Einer der Urheber der Theorie, Richard Feynman, schrieb zur QED ein kurzes und allgemeinverständliches Buch. Darin beschreibt er das leicht verständliche Prinzip von Quantenpfaden. Mit Hilfe dieses Konzeptes, so Feynman, ließen sich alle Phänomene der Optik (und viele andere auch) vollständig und exakt erklären. Siehe auch QED (Feynman) ↗
Exakt und allgemein
Licht und überhaupt elektromagnetische Strahlung in jeder Form, unterliegt dem Welle-Teilchen-Dualismus. Zur Berechnung der Phänomene muss oft zwischen den verschiedenen Modellvorstellungen gewechselt werden. Die QED bietet ein Modell, das alle Phänome erfasst und das als einzige Theorie verwendet werden kann. Eine allgemeinverständliche Darstellung stammt von dem Physik-Nobelpreisträger Richard Feynman. Siehe dazu sein Buch QED (Feynman) ↗
Warum wird die QED nicht in der Schule gelehrt?
Die Quantenelektrodynamik erklärt recht einfach Phänomene wie Beugung, Brechung, Interferenz oder den Durchgang von Licht durch Materie (etwa Glas). Dennoch wird sie in Schulen meist nicht einmal erwähnt. Das mag verwundern, hat aber einen Grund: um mit ihr auch nur die einfachsten Fragestellung mathematisch zu fassen muss man mehrere Jahre lang den mathematischen Apparat dazu studieren. Die Theorie ist sehr einfach anschaulich zu fassen und extrem schwer mathematisch zu nutzen.
Fußnoten
- [1] Die QED ist sehr gut belegt, wenn es um Vorhersagen an Systemen mit wenichten Teilchen geht. Bei einer großen Anzahl - Millionen bis Trillionen oder darüberhinaus - ist die Theorie wahrscheinlich gültig, aber experimentell noch nicht bestätigt. Das betont der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman (1918 bis 1988), wenn er schreibt: "Wenn ich behaupte, daß sich alle Phänomene der physikalischen Welt mit dieser Theorie erklären lassen, so nehme ich den Mund ewas voll, Bei den meisten uns vertrauten Erscheinungen ist eine so gewaltige Zahl Elektronen im Spiel, daß unser armer kleiner Verstand Mühe hat, dieser Vielfalt zu folgen. In solchen Situationen können wir mit Hilfe der Theorie ungefähr angeben, was passieren sollte und was dann unter diesen Umständen auch in etwa passiert. Stellen wir dagegen im Labor ein Experiment mit nur wenigen Elektronen unter einfachen Bedingungen zusammen, können wir mit großer Genauigkeit berechnen, was eintreten wird und können das mit ebenso großer Genauigkeit messen." In: Richard Feynman: QED: Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie. Piper Verlag. 1. Auflage 1992. ISBN: 3-492-21562-9. Dort die Seite 18. Eine rechnersiche Methode zum Umgang mit großen Anzahlen von Teilchen ist eine Simulation ↗