Quantenmechanik
Lehr- und Arbeitsbuch
2. Auflage
Erschienen am 16. Dezember 2025
832 Seiten
978-3-527-84353-4 (ISBN)
Beschreibung
Verständlicher Lehrtext mit umfangreichem Beispiel- und Aufgabenmaterial
Die Quantenmechanik ist die wichtigste Vorlesung in theoretischer Physik. Für viele Physikstudierende ist sie auch die attraktivste Vorlesung, da sie mehr noch als die Relativitätstheorie viele erstaunliche und bizarre Phänomene beschreibt, die eine große Faszination ausstrahlen. Das vorliegende Lehr- und Arbeitsbuch behandelt neben den üblichen Themen der Quantenmechanik auch moderne Entwicklungen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Deutung der physikalischen Befunde. Immer wieder ordnet der Autor detailliert und mit großer Sorgfalt klassisch unerklärliche Phänomene sinnvoll und schlüssig in das Gebäude der Quantenmechanik ein. Ausführliche Leitgedanken am Ende jedes Kapitels wiederholen die wichtigsten physikalischen Inhalte eingehend und ohne mathematischen Ballast. Nahezu 100 Beispiele unterstützen die Einarbeitung in neue Rechenmethoden und erhellen neue Aussagen lebendig und illustrativ getreu dem Motto Bruder Beispiel ist der beste Lehrer. Über 200 Aufgaben unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade mit vollständigen Lösungen am Ende des Buches helfen beim Einüben quantenmechanischer Konzepte. Die Beispiele und Aufgaben fördern die Vorbereitung auf Klausuren und Prüfungen. Mit Standardaufgaben werden die mathematischen Methoden eingeübt, mit weiterführenden Aufgaben vertieft. Quantenmechanik: Lehr- und Arbeitsbuch ist ein wertvoller Begleiter für alle Bachelor-Studierenden der Physik, Chemie und Mathematik. Die zweite Auflage wurde vollständig überarbeitet; zahllose Formulierungen wurden geändert. Neu hinzu kommen Grundlagen der Streutheorie, Quantenkryptographie mit Verschränkung und Quantenteleportation.
Die Quantenmechanik ist die wichtigste Vorlesung in theoretischer Physik. Für viele Physikstudierende ist sie auch die attraktivste Vorlesung, da sie mehr noch als die Relativitätstheorie viele erstaunliche und bizarre Phänomene beschreibt, die eine große Faszination ausstrahlen. Das vorliegende Lehr- und Arbeitsbuch behandelt neben den üblichen Themen der Quantenmechanik auch moderne Entwicklungen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Deutung der physikalischen Befunde. Immer wieder ordnet der Autor detailliert und mit großer Sorgfalt klassisch unerklärliche Phänomene sinnvoll und schlüssig in das Gebäude der Quantenmechanik ein. Ausführliche Leitgedanken am Ende jedes Kapitels wiederholen die wichtigsten physikalischen Inhalte eingehend und ohne mathematischen Ballast. Nahezu 100 Beispiele unterstützen die Einarbeitung in neue Rechenmethoden und erhellen neue Aussagen lebendig und illustrativ getreu dem Motto Bruder Beispiel ist der beste Lehrer. Über 200 Aufgaben unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade mit vollständigen Lösungen am Ende des Buches helfen beim Einüben quantenmechanischer Konzepte. Die Beispiele und Aufgaben fördern die Vorbereitung auf Klausuren und Prüfungen. Mit Standardaufgaben werden die mathematischen Methoden eingeübt, mit weiterführenden Aufgaben vertieft. Quantenmechanik: Lehr- und Arbeitsbuch ist ein wertvoller Begleiter für alle Bachelor-Studierenden der Physik, Chemie und Mathematik. Die zweite Auflage wurde vollständig überarbeitet; zahllose Formulierungen wurden geändert. Neu hinzu kommen Grundlagen der Streutheorie, Quantenkryptographie mit Verschränkung und Quantenteleportation.
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01/2026
2. Auflage
Wiley-VCH
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Person
Friedhelm Kuypers unterrichtet seit 1986 Physik und Technische Mechanik für Ingenieure und Naturwissenschaftler an der OTH Regensburg. Auch nach seinem Ruhestand ist er in der Lehre aktiv und legt in seinen Vorlesungen großen Wert auf Veranschaulichungen und hebt die Anwendungen physikalischer Gesetze in Technik und Alltag hervor. Er ist ebenfalls Autor des zweibändigen Lehrbuches "Physik in den Ingenieur- und Naturwissenschaften" und der bereits in 10. Auflage erscheinenden "Klassischen Mechanik".
Inhalt
1 Quantenmechanik und moderne Welt
2 Die Anfänge der Quantenmechanik
2.1 Plancksches Strahlungsgesetz
2.2 Der Photoeffekt
2.3 Das Bohrsche Atommodell
2.4 Welleneigenschaften der Materie
2.5 Der Compton-Effekt
2.6 Das Doppelspalt-Experiment
2.7 Leitgedanken
2.8 Aufgaben
3 Die Schrödinger-Gl.
3.1 Aufstellung der Schrödinger-Gl.
3.2 Stationäre Zustände
3.3 Orts- und Impulsoperator
3.4 Die Kontinuitätsgl.
3.5 Leitgedanken
3.6 Aufgaben
4 Freie Wellenpakete
4.1 Klassische Wellenpakete *
4.2 Wellenpakete freier Quantenobjekte
4.3 Interferenz von zwei Wellenpaketen *
4.4 Leitgedanken
4.5 Aufgaben
5 Stückweise konstante Potentiale
5.1 Unendlich tiefer Potentialtopf
5.2 Potentialstufe
5.3 Wellenpakete an einer Potentialstufe *
5.4 Potentialwall und Tunneleffekt
5.5 Endlich tiefer Potentialtopf
5.6 Abschließende Bemerkungen
5.7 Leitgedanken
5.8 Aufgaben
6 Der harmonische Oszillator
6.1 Lösung mit Potenzreihen
6.2 Algebraische Lösung mit Leiteroperatoren
6.3 Schwingende Zustände *
6.4 Leitgedanken
6.5 Aufgaben
7 Die mathematische Struktur
7.1 Der Hilbertraum
7.2 Die Operatoren der Quantenmechanik
7.3 Das Ehrenfestsche Theorem
7.4 Leitgedanken
7.5 Aufgaben
8 Messprozess und Unbestimmtheitsrelation
8.1 Der Messprozess
8.2 Allgemeine Unbestimmtheitsrelation
8.3 Unbestimmtheitsrelation für Energie und Zeit
8.4 Wechselwirkungsfreie Messung *
8.5 Interpretationsprobleme
8.6 Leitgedanken
8.7 Aufgaben
9 Der Drehimpulsoperator
9.1 Einführung und Motivation *
9.2 Eigenwerte des Drehimpulsoperators
9.3 Eigenfunktionen des Bahndrehimpulsoperators
9.4 Leitgedanken
9.5 Aufgaben
10 Das Wasserstoffatom
10.1 Spektrum des Wasserstoffatoms
10.2 Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms
10.3 Leitgedanken
10.4 Aufgaben
11 Elektromagnetische Felder
11.1 Hamiltonoperator und Eichinvarianz
11.2 Homogene Magnetfelder
11.3 Der Aharonov-Bohm-Effekt *
11.4 Leitgedanken
11.5 Aufgaben
12 Der Spin
12.1 Einführung
12.2 Der Stern-Gerlach-Versuch
12.3 Spin-1/2-Teilchen
12.4 Magnetisches Moment des Spins
12.5 Wellenfunktionen mit Spin
12.6 Leitgedanken
12.7 Aufgaben
13 Addition von Drehimpulsen
13.1 Einführung und Motivation *
13.2 Addition von zwei Spins mit s = ½
13.3 Addition von Bahndrehimpuls und Spin
13.4 Allgemeine Addition von zwei Drehimpulsen
13.5 Leitgedanken
13.6 Aufgaben
14 Zeitunabhängige Störungstheorie
14.1 Einführung
14.2 Störung nicht entarteter Niveaus
14.3 Störung entarteter Niveaus
14.4 Feinstruktur des Wasserstoffatoms
14.5 Der Zeeman-Effekt
14.6 Leitgedanken
14.7 Aufgaben
15 Variationsprinzip
15.1 Das Variationsprinzip
15.2 Leitgedanken
15.3 Aufgaben
16 Identische Teilchen
16.1 Unterscheidbare Teilchen
16.2 Identische Teilchen
16.3 Symmetrisierung und Antisymmetrisierung
16.4 Leitgedanken
16.5 Aufgaben
17 Mehrelektronenatome
17.1 Das Heliumatom
17.2 Das Periodensystem *
17.3 Die Hartree-Methode
17.4 Leitgedanken
17.5 Aufgaben
18 Moleküle
18.1 Das ionisierte Wasserstoffmolekül
18.2 Das Wasserstoffmolekül
18.3 Hybridorbitale *
18.4 Van-der-Waals-Kräfte *
18.5 Leitgedanken
18.6 Aufgaben
19 Bändermodell der Kristalle
19.1 Klassische Frequenzaufspaltung
19.2 Energiebänder in Kristallen
19.3 Leitgedanken
19.4 Aufgaben
20 Zeitabhängige Störungstheorie
20.1 Allgemeine Störungsentwicklung
20.2 Absorption und induzierte Emission
20.3 Auswahlregeln für elektrische Dipolübergänge
20.4 Spontane Emission und Einsteinkoeffizienten
20.5 Plötzliche Parameteränderung *
20.6 Leitgedanken
20.7 Aufgaben
21 Der Dichteoperator
21.1 Der Dichteoperator reiner Gesamtheiten
21.2 Der Dichteoperator gemischter Gesamtheiten
21.3 Leitgedanken
21.4 Aufgaben
22 Verschränkung
22.1 Verschränku
2 Die Anfänge der Quantenmechanik
2.1 Plancksches Strahlungsgesetz
2.2 Der Photoeffekt
2.3 Das Bohrsche Atommodell
2.4 Welleneigenschaften der Materie
2.5 Der Compton-Effekt
2.6 Das Doppelspalt-Experiment
2.7 Leitgedanken
2.8 Aufgaben
3 Die Schrödinger-Gl.
3.1 Aufstellung der Schrödinger-Gl.
3.2 Stationäre Zustände
3.3 Orts- und Impulsoperator
3.4 Die Kontinuitätsgl.
3.5 Leitgedanken
3.6 Aufgaben
4 Freie Wellenpakete
4.1 Klassische Wellenpakete *
4.2 Wellenpakete freier Quantenobjekte
4.3 Interferenz von zwei Wellenpaketen *
4.4 Leitgedanken
4.5 Aufgaben
5 Stückweise konstante Potentiale
5.1 Unendlich tiefer Potentialtopf
5.2 Potentialstufe
5.3 Wellenpakete an einer Potentialstufe *
5.4 Potentialwall und Tunneleffekt
5.5 Endlich tiefer Potentialtopf
5.6 Abschließende Bemerkungen
5.7 Leitgedanken
5.8 Aufgaben
6 Der harmonische Oszillator
6.1 Lösung mit Potenzreihen
6.2 Algebraische Lösung mit Leiteroperatoren
6.3 Schwingende Zustände *
6.4 Leitgedanken
6.5 Aufgaben
7 Die mathematische Struktur
7.1 Der Hilbertraum
7.2 Die Operatoren der Quantenmechanik
7.3 Das Ehrenfestsche Theorem
7.4 Leitgedanken
7.5 Aufgaben
8 Messprozess und Unbestimmtheitsrelation
8.1 Der Messprozess
8.2 Allgemeine Unbestimmtheitsrelation
8.3 Unbestimmtheitsrelation für Energie und Zeit
8.4 Wechselwirkungsfreie Messung *
8.5 Interpretationsprobleme
8.6 Leitgedanken
8.7 Aufgaben
9 Der Drehimpulsoperator
9.1 Einführung und Motivation *
9.2 Eigenwerte des Drehimpulsoperators
9.3 Eigenfunktionen des Bahndrehimpulsoperators
9.4 Leitgedanken
9.5 Aufgaben
10 Das Wasserstoffatom
10.1 Spektrum des Wasserstoffatoms
10.2 Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms
10.3 Leitgedanken
10.4 Aufgaben
11 Elektromagnetische Felder
11.1 Hamiltonoperator und Eichinvarianz
11.2 Homogene Magnetfelder
11.3 Der Aharonov-Bohm-Effekt *
11.4 Leitgedanken
11.5 Aufgaben
12 Der Spin
12.1 Einführung
12.2 Der Stern-Gerlach-Versuch
12.3 Spin-1/2-Teilchen
12.4 Magnetisches Moment des Spins
12.5 Wellenfunktionen mit Spin
12.6 Leitgedanken
12.7 Aufgaben
13 Addition von Drehimpulsen
13.1 Einführung und Motivation *
13.2 Addition von zwei Spins mit s = ½
13.3 Addition von Bahndrehimpuls und Spin
13.4 Allgemeine Addition von zwei Drehimpulsen
13.5 Leitgedanken
13.6 Aufgaben
14 Zeitunabhängige Störungstheorie
14.1 Einführung
14.2 Störung nicht entarteter Niveaus
14.3 Störung entarteter Niveaus
14.4 Feinstruktur des Wasserstoffatoms
14.5 Der Zeeman-Effekt
14.6 Leitgedanken
14.7 Aufgaben
15 Variationsprinzip
15.1 Das Variationsprinzip
15.2 Leitgedanken
15.3 Aufgaben
16 Identische Teilchen
16.1 Unterscheidbare Teilchen
16.2 Identische Teilchen
16.3 Symmetrisierung und Antisymmetrisierung
16.4 Leitgedanken
16.5 Aufgaben
17 Mehrelektronenatome
17.1 Das Heliumatom
17.2 Das Periodensystem *
17.3 Die Hartree-Methode
17.4 Leitgedanken
17.5 Aufgaben
18 Moleküle
18.1 Das ionisierte Wasserstoffmolekül
18.2 Das Wasserstoffmolekül
18.3 Hybridorbitale *
18.4 Van-der-Waals-Kräfte *
18.5 Leitgedanken
18.6 Aufgaben
19 Bändermodell der Kristalle
19.1 Klassische Frequenzaufspaltung
19.2 Energiebänder in Kristallen
19.3 Leitgedanken
19.4 Aufgaben
20 Zeitabhängige Störungstheorie
20.1 Allgemeine Störungsentwicklung
20.2 Absorption und induzierte Emission
20.3 Auswahlregeln für elektrische Dipolübergänge
20.4 Spontane Emission und Einsteinkoeffizienten
20.5 Plötzliche Parameteränderung *
20.6 Leitgedanken
20.7 Aufgaben
21 Der Dichteoperator
21.1 Der Dichteoperator reiner Gesamtheiten
21.2 Der Dichteoperator gemischter Gesamtheiten
21.3 Leitgedanken
21.4 Aufgaben
22 Verschränkung
22.1 Verschränku
