Quantendimen­sionen

Stefan Heusler ist kein Unbekannter bei der künstlerischen Visualisierung physikalischer Phänomene. Mithilfe seines Teams ist ihm eine gelungene Einführung zur Quantenphysik für Oberstufenschüler geglückt.

Der erste Teil der DVD ist ein 25-minütiger Spielfilm „Schattenwelten“; der Zuschauer begleitet Alice und Bob bei ihrer Suche nach dem verschwundenen Professor und lernt ganz nebenbei Phänomene der Quantenphysik kennen. Anschließend gibt es 14 multimediale Lernstationen, als „Subdimensionen“ bezeichnet, die sich auch einzeln ansteuern lassen. Der modulare Aufbau erleichtert die Anpassung an den Unterricht. Die einzelnen Stationen bestehen aus Slides, die Sequenzen aus dem Spielfilm und erklärende Animationen verbinden. Die gesprochenen Kommentare stehen auch als Text zur Verfügung.

Die Stationen werden durch einen liebevoll gestalteten U-Bahn-Plan von „Omega-City“ verbunden. Omega ist dabei als Metapher für die geheimnisvolle Quantendimension gedacht. Als weitere Bilder dienen das Schachbrett als Ergebnisse von Zwei-Zuständen, der Feynmansche Zeigerformalismus als drehendes Rad und die schwingende Münze als Analogie für Überlagerungen.

Ein wichtiges Thema der DVD ist die Interferenzfähigkeit von Quantenobjekten, die in den ersten sechs Stationen behandelt wird. Die weiteren sechs Stationen befassen sich mit der Verschränkung von Photonen, dem EPR-Paradoxon und der Bell-Ungleichung. Den Abschluss beider Teile bildet ein Quiz, leider wird bei einer falschen Antwort der richtige Zusammenhang nicht erklärt, sodass die Lernwirksamkeit geringer ausfällt als sie sein könnte. Das ist besonders ärgerlich, da der Test erfreulicherweise nicht einfach Wissen abfragt, sondern Anwendungen auf spezifische Probleme verlangt. Das Schlusskapitel bietet eine kurze Einführung zu Quantencomputern.

Durch alle Stationen ziehen sich vier Sichtweisen auf die Phänomene: ein Experimentalteil mit einzelnen und mit vielen Quantenobjekten und ein Theorieteil mit beobachtbarer Wahrscheinlichkeitsverteilung und nicht beobachtbare Quanten­dimension im Hilbert-Raum.

Eine ausführliche Anleitung zur Bedienung ist vorhanden, ebenso ein gelungener Unterrichtsvorschlag mit Arbeitsblättern zur Verschränkung. Schön wäre es, würde es solche Vorschläge zur besseren Einbettung in den Unterricht auch für die anderen Stationen geben. Inhaltlich schaffen ausführliche Wiederholungen der Wahrscheinlichkeitsrechnung, der Wellenmechanik mit Zeigerformalismus und der geometrischen Optik eine gute Vorbereitung.

Mit entsprechender Vor- und Nach­bereitung ist die DVD sehr für den Einsatz in der Schule zu empfehlen, als Selbstlernkurs ohne zusätzliche Erläuterungen durch den Lehrer für die meisten Schüler aber zu schwierig, zumal sich die mathe­matischen Vorkenntnisse zwar auf Oberstufenniveau bewegen, aber doch ambitioniert angewendet werden.

Matthias Schöne, Didaktik der Physik, TU Dresden