Quantensprung

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Als Quantensprung bezeichnet man in der Alltagssprache des 21. Jahrhunderts einen Fortschritt, der eine Entwicklung innerhalb kürzester Zeit ein sehr großes Stück voranbringt. Dies widerspricht der ursprünglichen physikalischen Bedeutung. Daher gilt Quantensprung als sogenanntes Januswort (Autoantonym).

Etymologie und Entwicklung der fachsprachlichen Wortbedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Begriff „Quantensprung“ wurde in den 1910er Jahren geprägt.[1] Der Wortbestandteil Quanten leitet sich von dem von Max Planck eingeführten Energiequant ab, und geht auf das Wort quantum zurück, welches im Lateinischen: wie viel, wie groß bedeutet. Das "qu" am Wortanfang beschreibt eine Frageform.

Hintergrund der Begriffsbildung war die theoretische Entdeckung, dass sich fundamentale Widersprüche der damaligen Physik mit der Annahme erklären lassen, dass physikalische Systeme auf molekularer Ebene ihre Energie nur in ganz diskreten Schritten ändern können. Im diametralen Gegensatz dazu, dass in der Natur alle Abläufe kontinuierlich seien (natura non facit saltus, d. h. Die Natur macht keine Sprünge.), ist die Energie solcher Systeme nicht kontinuierlich veränderbar, sondern unterliegt einer Quantelung. Der Übergang von einem Zustand zu einem Zustand der nächsthöheren (oder -niedrigeren) Energie, der im Detail nicht weiter zu erklären war, wurde daher als „Sprung“ („Quantensprung“) bezeichnet. Dieser sprunghafte und probabilistische Übergang zwischen ansonsten stationären Zuständen war ein zentraler Bestandteil des Bohrschen Atommodells und gab erstmals eine auch quantitative Erklärung für die diskreten Spektren von Atomen[2][3]. Als Quantensprünge wurden also die sprunghaften (und im Bohrschen Modell als zufällig und nicht weiter analysierbar angesehenen) Übergänge zwischen diskreten Energieniveaus, bei denen Energiequanten emittiert oder absorbiert wurden, bezeichnet.

In einigen frühen physikalischen Publikationen wurde diese Bezeichnung explizit mit Anführungszeichen geschrieben,[4] und einige Physiker wie beispielsweise Erwin Schrödinger lehnten diesen visuellen Begriff als unzutreffend ab.[5] Am Ende einer intensiven Diskussion auf einer Konferenz im September 1926 in Kopenhagen war aber laut Werner Heisenberg für alle Teilnehmer und auch Schrödinger klar "daß eine Deutung der Wellenmechanik ohne Quantensprünge unmöglich" sei. Schrödinger wird mit den Worten zitiert:"Wenn es doch bei dieser verdammten Quantenspringerei bleiben soll, dann bedauere ich, daß ich mich überhaupt mit diesem Gegenstand beschäftigt habe."[6] Bereits wenige Jahre nach der Ersterwähnung wurde der abstraktere Begriff „Übergang“ eingeführt,[7] der den „Quantensprung“ inzwischen weitgehend ersetzt hat.

Dem „Quantensprung“ folgten in der englischen physikalischen Literatur die analogen Begriffe quantum jump (im Jahr 1924) und quantum leap (im Jahr 1932),[8] doch ebenso wie in der deutschen Fachliteratur wurden diese Begriffe allmählich durch das dem Wort Übergang analoge transition ersetzt.

Nachdem es ab den späten 1980er Jahren möglich wurde, einzelne Quantensysteme gezielt zu präparieren und ihre Dynamik zu beobachten, konnten Quantensprünge auch experimentell nachgewiesen werden[9] und der Begriff findet auch weiterhin Verwendung in der aktuellen Forschungsliteratur.[10][11] Allerdings hat sich die Auffassung des Vorgangs verändert: während im Bohrmodell ein abrupter, diskreter Übergang angenommen wird und das Modell keine Zwischenzustände beinhaltet, geht man heute von einer kontinuierlichen Entwicklung vom Anfangszustand (z. B. einem Atom im angeregten Zustand im Vakuum des elektromagnetischen Felds) in einen Überlagerungszustand (im Beispiel: des ursprünglichen, angeregten Zustands mit dem Grundzustand und einem emittierten Photon, wobei das Gewicht (die Wahrscheinlichkeitsamplitude) des zweiten Teils im Laufe der Zeit zunimmt) aus. Als "sprunghaft" wird (je nach Interpretation der Quantenmechanik) allenfalls noch der quantenmechanische Messprozess angesehen, in dem ein Photon (oder keins) detektiert und die Überlagerung zerstört wird.[12][3]

Alltagssprachliche Verwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verglichen mit Vorgängen des alltäglichen Lebens ist ein physikalischer Quantensprung wegen seiner nur sehr geringfügigen Auswirkungen äußerst schwer zu beobachten. Im Gegensatz dazu versteht der Sprachgebrauch in Wirtschaft und Politik unter einem Quantensprung einen ungewöhnlich großen Fortschritt in einem bestimmten Bereich.[13]

Bei einem Quantensprung handelt es sich meistens um einen qualitativen grossen Fortschritt, bei dem etwas Neues, Anderes entsteht oder geschaffen wird. Beispielsweise der Fortschritt in der Medizin vom Stethoskop zum Ultraschall. Wenn etwas lediglich "mehr" oder "grösser" wird, spricht man nicht von einem Quantensprung - es sei denn es handelt sich um einen bisher undenkbaren oder unmöglichen Zuwachs, der darüber hinaus in anderen Bereichen zu qualitativen Veränderungen führt. Beispielsweise führte der Zuwachs amerikanischer und russischer Atomwaffen zu einer grundlegenden Veränderung der politischen Machtstruktur in der Welt.

Nach Aussage des Oxford English Dictionary trat die Verwendung von quantum leap in der Bedeutung „außerordentlich groß/bedeutend“ zum ersten Mal im Jahr 1956 auf. In einer Diskussion über das Machtgleichgewicht zwischen den USA und der Sowjetunion in einer nuklearen Nachkriegswelt schrieb ein Journalist:

“The enormous multiplication of power, the ‘quantum leap’ to a new order of magnitude of destruction.”[8]

Im Marketing bezeichnet ein Quantensprung einen Übergang von einem Modell eines Produkts zu einem anderen, bei dem eine besonders große Verbesserung erreicht wurde.

„Quantensprung“ ist nicht der einzige Begriff aus der Physik, der eine verfremdete, mediale Verwendung gefunden hat. Auch der Begriff „Urknall“ wurde in ähnlicher Weise übernommen.[14]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Erwin Schrödinger: Are there quantum jumps? Part I. In: The British Journal for the Philosophy of Science. Band III, Nr. 10, 1. August 1952, S. 109–123, doi:10.1093/bjps/III.10.109 (informationphilosopher.com [PDF; abgerufen am 21. Januar 2018]).
  • Erwin Schrödinger: Are There Quantum Jumps? Part II. In: The British Journal for the Philosophy of Science. Band III, Nr. 11, November 1952, S. 233–242, JSTOR:685266 (kostenpflichtig).
  • H. D. Zeh: There are no quantum jumps, nor are there particles! In: Physics Letters. A172, 189, 1993 (uni-heidelberg.de [PDF; 67 kB]).
  • M.B. Plenio, P.L. Knight: The Quantum Jump Approach to Dissipative Dynamics in Quantum Optics. In: Rev. Mod. Phys. Band 70, 1998, S. 101–144 (arxiv.org – Beschreibung der Dynamik offener Systeme mittels Quantensprüngen).

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Quantensprung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Paul S. Epstein: Zur Theorie des Starkeffekts. In: Annalen der Physik. Band 355, 1916, S. 515, 517 (google.com [abgerufen am 19. Dezember 2017]).
  2. Christian Speicher: Ein Quantensprung der Physik. In: nzz.ch. 27. Juni 2013, abgerufen am 21. Januar 2018.
  3. a b Klaus Hentschel: Quantum Jumps. In: Daniel Greenberger, Klaus Hentschel, Friedel Weinert (Hrsg.): Compendium of Quantum Physics: Concepts, Experiments, History and Philosophy. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2009, ISBN 978-3-662-51795-6, S. 599, doi:10.1007/978-3-540-70626-7.
  4. Adolf Smekal: Bohrsche Frequenzbedingung und Röntgenspektra. In: Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 1919, S. 149 f. (google.es – vgl. S. 150, 154).
  5. Hellmuth Vensky: Der Katzenpiesacker namens Schrödinger. In: Die Zeit. 13. August 2012, abgerufen am 19. Dezember 2017.
  6. Werner Heisenberg: Der unanschauliche Quantensprung. In: Physikal. Blätter. Band 2, Nr. 1, S. 1946, doi:10.1002/phbl.19460020102 (wiley.com [PDF; abgerufen am 20. Januar 2018]).
  7. Paul S. Epstein: Über die Interferenzfähigkeit von Spektrallinien vom Standpunkt der Quantentheorie. In: Sitzungsberichte der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Klasse der Bayerischen Akademie der Wissenschaften zu München. 1919, S. 79 (google.com [abgerufen am 19. Dezember 2017]).
  8. a b Merril Perlman: The history of using ‘quantum’ to mean ‘really big’. In: Columbia Journalism Review. 4. August 2014, abgerufen am 12. Dezember 2017.
  9. J. C. Bergquist, Randall G. Hulet, Wayne M. Itano, David J. Wineland: Observation of Quantum Jumps in a Single Atom. In: Phys. Rev. Lett. Band 57, 6. Oktober 1986, S. 1699, doi:10.1103/PhysRevLett.57.1699 (englisch, aps.org [PDF; abgerufen am 20. Januar 2018]).
  10. Suchergebnis "quantum jump" 1995-2018. In: arxiv.org. Abgerufen am 20. Januar 2018.
  11. James Gleick: Physicists finally get to see quantum jump with own eyes. In: nytimes.com. 21. Oktober 1986, abgerufen am 21. Januar 2018.
  12. Howard Carmichael: Quantum jump experiments. In: Daniel Greenberger, Klaus Hentschel, Friedel Weinert (Hrsg.): Compendium of Quantum Physics: Concepts, Experiments, History and Philosophy. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2009, ISBN 978-3-662-51795-6, S. 595, doi:10.1007/978-3-540-70626-7.
  13. Ernst Peter Fischer: Max Planck: Wissenschaftsgeschichte. Komplett-Media, 2011, ISBN 978-3-8312-5683-9, S. 6f (google.com [abgerufen am 24. Januar 2018]).
  14. Glosse: Krachaktuell, Die Zeit, 4. Februar 1999; abgerufen am 19. Dezember 2017.