Compendium of Quantum Physics

In diesem voluminösen Band behandeln Experten der experimentellen, theoretischen und mathematischen Physik, der Geschichte und der Philosophie der Physik lexikonartig 226 wichtige Themen aus der Quantenphysik, vom Aharonov-Bohm-Effekt bis zur Nullpunktsenergie. Die wesentlichen physikalischen Grundlagen und Entdeckungen wie Brownsche Bewegung, Röntgenstrahlung und Radioaktivität, die charakteristischen Effekte, vom Casimir- und Compton- bis zum Zeeman-Effekt werden hier ebenso er-läutert wie die Ergebnisse der grundlegenden Experimente von Compton, Davisson und Germer, Franck und Hertz, Paschen und Back bis zu Stern und Gerlach – es fehlt allerdings das wichtige Experiment von Bothe und Geiger aus dem kritischen Übergangsjahr Jahr 1924! Dazu kommen die historischen Atommodelle von Nagaoka, Thomson, Rutherford, Bohr und Sommerfeld. Auch auf die lehrreichen Gedankenexperimente von Einstein, Podolsky und Rosen (EPR) oder Schrödingers Katze wird keineswegs verzichtet. Zusätzliche Beiträge behandeln die seit den 1930er-Jahren neu ins quantentheoretische Spiel gebrachten Phänomene, z. B. die „Solitonen“.

Die einzelnen Artikel sind im Allgemeinen sehr instruktiv geschrieben, zu jedem Thema wird auch die Standardliteratur ange-geben. Besonders die Autoren aus der Physik haben sich große Mühe gegeben, ihre Themen zugleich präzise und verständlich zusammenzufassen. Man findet in diesem „Kompendium der Quantenphysik“ wirklich die meisten bekannten quantenphysikalischen Phänomene berücksichtigt, darunter auch viele aus der jüngsten Forschung. Ebenso werden die wichtigsten mathematischen Methoden (Matrizenmechanik, Diracs Quantenalgebra und der Hilbert-Raum) oder die Quantenstatistiken von Bose-Einstein und Fermi-Dirac ausreichend dargelegt. Desgleichen erläutern Übersichtsartikel die physikalischen Prinzipien der Quantentheorie, namentlich die beiden Bohrschen von Korrespondenz und Komplementarität, sowie die umfangreichen Gebiete der Atom-, Kern und Elementarteilchenphysik. Allerdings vermisst man eine Zusammenfassung der vielfältigen Anwendungen der mathematischen Gruppentheorie in Quantenmechanik und Elementarteilchentheorie: Hier kommen nur einzelne Ergebnisse (etwa Lüders Regel oder das Spin-Statistik-Theorem von Pauli) vor. Andererseits werden die Anwendungen der Quantenmechanik in Chemie, Kommunikation und Informatik („Quantum Computation“) und auch ihre relativistischen Erweiterungen (Quantenfeldtheorie, Diracs Elektronentheorie, QED, QCD und Quantengravitation) durchaus angemessen bedacht. Ein schöner ausführlicher Artikel aus erster Hand widmet sich dem inzwischen fast dreißigjährigen Quanten-Hall-Effekt.

In der vorliegenden Sammlung fällt eine ganze Reihe von Einträgen auf, die sich der physikalisch-philosophischen Interpretation der Quantenmechanik widmen, u. a. drei zur Interpretation von David Bohms Arbeiten und zwei über verborgene Variable, ein weiterer über Bells Theorem und einer über die „Many World Interpretation“. Sie tragen wohl dem immer noch anhaltenden Unbehagen über die Bohr-Heisenbergsche Standardinterpretation Rechnung, die sich zwar in der zweiten Hälfte der 1920er-Jahre durchgesetzt hat und dann allen Einsprüchen (u. a. durch das EPR-Paradoxon) standgehalten hatte, bis Bohm 1952 die Frage erneut angriff.

Eine Bemerkung im letzten Abschnitt „Selected Resources for Historical Studies“ habe ich als etwas herablassend empfunden.Die Monografien von Jammer und Hund sind durchaus nicht nur für den interessierten Anfänger lesbare Geschichtsschreibung, sondern beachtenswerte Pionierwerke eines älteren Historikers bzw. eines wichtigen Zeitzeugen.

Insgesamt darf man freilich das vorliegende Kompendium der Quantenphysik, gerade wegen seiner interdisziplinären Zusammensetzung, als eine sehr nützliche Bereicherung der quantentheoretischen Literatur empfehlen.

Dr. Helmut Rechenberg, MPI für Physik, München

D. Greenberger, K. Hentschel und F. Weinert (Hrsg.): Compendium of Quantum Physics

Springer, Heidelberg 2009, XVI + 901 S., geb., ISBN 9783540706229