1 Quantenverhalten 1
1.1 Atommechanik 1
1.2 Ein Experiment mit Kugeln 2
1.3 Ein Experiment mit Wellen 3
1.4 Ein Experiment mit Elektronen 5
1.5 Die Interferenz von Elektronenwellen 7
1.6 Beobachtung der Elektronen 8
1.7 Grundprinzipien der Quantenmechanik 13
1.8 Das Unbestimmtheitsprinzip 14

2 Die Beziehung zwischen dem Wellen- und Teilchenstandpunkt 17
2.1 Wahrscheinlichkeitsamplituden 17
2.2 Messung von Ort und Impuls 18
2.3 Beugung an Kristallen 22
2.4 Die Größe eines Atoms 25
2.5 Energieniveaus 27
2.6 Philosophische Konsequenzen 28

3 Wahrscheinlichkeitsamplituden 33
3.1 Die Gesetze zur Kombination von Amplituden 33
3.2 Das Interferenzbild bei zwei Spalten 38
3.3 Streuung an einem Kristall 42
3.4 Identische Teilchen 45

4 Identische Teilchen 51
4.1 Bose-Teilchen und Fermi-Teilchen 51
4.2 Zustände mit zwei Bose-Teilchen 54
4.3 Zustände mit n Bose-Teilchen 58
4.4 Emission und Absorption von Photonen 61
4.5 Das Spektrum des schwarzen Körpers 63
4.6 Flüssiges Helium 69
4.7 Das Ausschließungsprinzip 69

5 Spin eins 75
5.1 Das Filtern von Atomen mit einer Stern-Gerlach-Apparatur 75
5.2 Experimente mit gefilterten Atomen 81
5.3 Stern-Gerlach-Filter in Serie 83
5.4 Basiszustände 85
5.5 Interferierende Amplituden 87
5.6 Die Maschinerie der Quantenmechanik 91
5.7 Transformation auf eine andere Basis 94
5.8 Andere Situationen 96

6 Spin 1/2 99
6.1 I Transformation von Amplituden 99
6.2 Transformation auf ein gedrehtes Koordinatensystem 101
6.3 Drehungen um die z-Achse 106
6.4 Drehungen von 180° und 90° um y 110
6.5 Drehungen um x 115
6.6 Beliebige Drehungen 116

7 Die Zeitabhängigkeit der Amplituden 121
7.1 Atome in Ruhe; stationäre Zustände 121
7.2 Gleichförmige Bewegung 124
7.3 Potentielle Energie; Energieerhaltung 128
7.4 Kräfte; der klassische Grenzfall 133
7.5 Die „Präzession" eines Spin-1/2-Teilchens 136

8 Die Hamiltonsche Matrix 141
8.1 Amplituden und Vektoren 141
8.2 Zerlegung von Zustandsvektoren 144
8.3 Was sind die Basiszustände der Welt? 147
8.4 Wie sich die Zustände mit der Zeit verändern 150
8.5 Die Hamiltonsche Matrix 154
8.6 Das Ammoniakmolekül 155

9 Der Ammoniak-Maser 161
9.1 Die Zustände eines Ammoniakmoleküls 161
9.2 Das Molekül in einem elektrostatischen Feld 167
9.3 Übergänge in einem zeitabhängigen Feld 173
9.4 Übergänge bei Resonanz 176
9.5 Übergänge ohne Resonanz 179
9.6 Die Lichtabsorption 180

10 Andere Zweizustandssysteme 183
10.1 Das Ion des Wasserstoffmoleküls 183
10.2 Kernkräfte 190
10.3 Das Wasserstoffmolekül 193
10.4 Das Benzolmolekül 196
10.5 Farbstoffe 199
10.6 Die Hamiltonsche Matrix für ein Spin-1/2-Teilchen in einem magnetischen Feld . 200
10.7 Das Elektron mit Spin in einem magnetischen Feld 204

11 Weitere Zweizustandssysteme 209
11.1 Die Paulischen Spin-Matrizen 209
11.2 Die Spin-Matrizen als Operatoren 215
11.3 Die Lösung der Zweizustandsgieichungen 220
11.4 Die Polarisationszustände des Photons 221
11.5 Das neutrale K-Meson 226
11.6 Verallgemeinerung auf N-Zustandssysteme 238

12 Die Hyperfeinaufspaltung im Wasserstoff 243
12.1 Basiszustände für ein System mit zwei Spin-1/2-Teilchen 243
12.2 Der Hamiltonoperator für den Grundzustand des Wasserstoffs 246
12.3 Die Energieniveaus 253
12.4 Die Zeeman-Aufspaltung 256
12.5 Die Zustände in einem magnetischen Feld 261
12.6 Die Projektionsmatrix für Spin eins 264

13 Ausbreitung in einem Kristallgitter 269
13.1 Zustände eines Elektrons in einem eindimensionalen Gitter 269
13.2 Zustände mit bestimmter Energie 273
13.3 Zeitabhängige Zustände 277
13.4 Ein Elektron in einem dreidimensionalen Gitter 279
13.5 Weitere Zustände in einem Gitter 281
13.6 Streuung an Fehlerstellen in einem Gitter 282
13.7 Einfang durch eine Gitterfehlerstelle 285
13.8 Streuamplituden und gebundene Zustände 287

14 Halbleiter 289
14.1 Elektronen und Löcher in Halbleitern 289
14.2 Unreine Halbleiter 295
14.3 Der Hall-Effekt 298
14.4 Halbleiter-Übergänge 300
14.5 Gleichrichtung an einem Halbleiter-Übergang 304
14.6 Der Transistor 306

15 Die Näherung unabhängiger Teilchen 309
15.1 Spin-Wellen 309
15.2 Zwei-Spin-Wellen 314
15.3 Unabhängige Teilchen 316
15.4 Das Benzolmolekül 318
15.5 Weitere organische Chemie 324
15.6 Andere Anwendungen der Näherung 328

16 Die Ortsabhängigkeit der Amplituden 331
16.1 Amplituden auf einer Linie 331
16.2 Die Wellenfunktion 336
16.3 Zustände mit bestimmtem Impuls 339
16.4 Normierung der x-Zustände 342
16.5 Die Schrödinger-Gleichung 346
16.6 Quantisierte Energieniveaus 350

17 Symmetrie und Erhaltungssätze 355
17.1 Symmetrie 355
17.2 Symmetrie und Erhaltung 359
17.3 Die Erhaltungssätze 365
17.4 Polarisiertes Licht 369
17.5 Der Zerfall des Lamba-Teilchens 371
17.6 Zusammenstellung der Drehmatrizen 377

18 Drehimpuls 381
18.1 Elektrische Dipolstrahlung 381
18.2 Streuung des Lichts 384
18.3 Die Vernichtung von Positronium 388
18.4 Drehmatrix für beliebigen Spin 395
18.5 Messung eines Kern-Spins 399
18.6 Zusammensetzen von Drehimpulsen 401

19 Das Wasserstoffatom und das Periodensystem 415
19.1 Die Schrödinger-Gleichung für das Wasserstoffatom 415
19.2 Kugelsymmetrische Lösungen 417
19.3 Zustände mit Winkelabhängigkeit 423
19.4 Die allgemeine Lösung für Wasserstoff 428
19.5 Die Wasserstoff-Wellenfunktionen 432
19.6 Das Periodensystem 435

20 Operatoren 443
20.1 Operationen und Operatoren 443
20.2 Mittlere Energien 446
20.3 Die mittlere Energie eines Atoms 450
20.4 Der Ortsoperator 453
20.5 Der Impulsoperator 455
20.6 Drehimpuls 462
20.7 Die zeitliche Änderung der Mittelwerte 465

21 Die Schrödinger-Gleichung in einem klassischen Zusammenhang 469
21.1 Die Schrödinger-Gleichung in einem Magnetfeld 469
21.2 Die Kontinuitätsgleichung für Wahrscheinlichkeiten 472
21.3 Zwei Arten von Impuls 474
21.4 Die Bedeutung der Wellenfunktion 476
21.5 Supraleitfähigkeit 478
21.6 Der Meissner-Effekt 480
21.7 Flussquantisierung 482
21.8 Die Dynamik der Supraleitfähigkeit 486
21.9 Der Josephson-Übergang 488

Feynmans Epilog 497

Index 499