Wellenmechanik

Wellenmechanik bezeichnet ein Teilgebiet der Physik, das die Erzeugung, Ausbreitung und Wechselwirkung von Wellen beschreibt. Sie umfasst sowohl klassische Wellen, etwa mechanische Wellen in Fluiden oder Festkörpern und elektromagnetische Wellen, als auch die Quantenwellen, die Teilchencharakter in der Quantenmechanik widerspiegeln. In der klassischen Beschreibung werden Wellen durch das Wellengleichungen bestimmt, die Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, Interferenz, Beugung, Reflexion, Brechung und Dispersion berücksichtigen. Typische Ergebnisse sind Muster von Interferenz und Beugung sowie die Abhängigkeit der Ausbreitung von Medienparametern wie Dichte und Elastizität.

In der Quantenmechanik wird der Begriff Wellenmechanik oft verwendet, um eine der beiden äquivalenten Formulierungen der Quantenmechanik zu kennzeichnen: Die Bewegung eines Teilchens wird durch eine Wellenfunktion ψ beschrieben, deren Betrag zum Quadrat eine Wahrscheinlichkeitsverteilung angibt. Die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung iħ ∂ψ/∂t = [-(ħ²/2m)∇² + V]ψ liefert die Entwicklung von ψ; Beugung, Interferenz und Tunneln lassen sich als Konsequenzen der Wellencharakteristik erklären. Die Wellenmechanik steht in enger Verbindung mit dem Prinzip der Superposition und der Unschärferelation.

Historisch entstanden in den 1920er Jahren die Schrödinger- und die Matrixmechanik als verschiedene Formulierungen derselben Theorie. Heutige Anwendungen reichen von Atom- und Molekülphysik über Festkörperphysik und Optik bis hin zu Quantenkontrolle, Nanotechnologie und Spektroskopie. Wellenmechanik liefert grundlegende Konzepte wie Normalmoden, Wellenpakete und Dispersion, die in vielen Bereichen eine zentrale Rolle spielen.