Einleitung
Durch Begriffe wie Quantenteleportation oder Quantencomputer hat die faszinierende Welt der Quantenmechanik heutzutage eine ungeahnte Popularität erlangt. In der Mikroelektronik und der Nanotechnologie werden Quantenphänomene bereits in naher Zukunft eine immer größere Bedeutung erlangen. Grundkenntnisse quantenmechanischer Ideen und Vorstellungen werden somit zu einem wertvollen Bestandteil der Allgemeinbildung.
Ein wichtiges Lehrziel ist die Vermittlung eines modernen wellenmechanischen Bildes vom Wasserstoffatom. Dieses anspruchsvolle Ziel wird hier auf relativ einfache Weise erreicht, indem die mathematisch-abstrakte Beschreibung weitgehend durch anschauliche Darstellungen und farbige Animationen ersetzt wird. Dadurch ist diese Sammlung von Lernobjekten auch für den Unterricht an Schulen (Sekundarstufe II) geeignet.
Der Kurs beginnt mit einer Wiederholung der Grundbegriffe zur Beschreibung von klassischer Wellenausbreitung und klassischen Teilchenstrahlen, denn gerade diese Begriffe werden in der Quantenmechanik neu interpretiert. Auf eine ausführliche Diskussion des Doppelspaltexperiments (in schematisierter und abstrahierter Form) folgt eine Beschreibung des Wellenmodells von de Broglie. Danach wird die Bewegung von Wellenpaketen untersucht und die statistische Interpretation der Quantenmechanik eingeführt. Die Theorie des Wasserstoffatoms ergibt sich schließlich aus einer Analyse der möglichen Bewegungen von Wellenpaketen im Coulomb-Kraftfeld des Atomkerns. Die Quantenzahlen der Zustände lassen sich dabei direkt an den Visualisierungen der Wellenfunktionen erkennen.