Die Quantentheorie

Wir beschreiben sie in ihrer Anwendung auf das Wasserstoffatom. Das Wasserstoffatom ist das einfachste Atom, das es gibt. Der Kern besteht aus einem Proton, die Hülle aus einem Elektron, d.h. einer Elementarportion des Elektroniums.

Man kann sich die Quantentheorie vorstellen als „mathematische Mühle“. Man steckt Daten, die das Problem charakterisieren hinein, und bekommt die Daten, an denen man interessiert ist heraus. Eine Besonderheit der Quantentheorie ist es, dass sie die Ergebnisse in zwei Schritten berechnet, d.h. wir können uns vorstellen, dass zwei Mühlen nacheinander arbeiten.

Die erste liefert die Psi-Funktionen. Die Mathematik, die in dieser Mühle abläuft, besteht im Lösen einer so genannten Differenzialgleichung, der Schrödinger-Gleichung.

Eine Psi-Funktion ist eine Funktion des Ortes. Sie beschreibt den Zustand des Atoms vollständig. Da sich das Atom in vielen verschiedenen Zuständen befinden kann, liefert die Schrödinger-Gleichung (unsere erste Mühle) viele Psi-Funktionen.

Die zweite Mühle berechnet die Werte aller messbaren Größen, etwa Energie, Impuls und Drehimpuls. Sie kann auch einfach das Quadrat der Psi-Funktion berechnen. Das ist, von einem konstanten Faktor abgesehen, gleich der Massendichte und der Ladungsdichte des Elektroniums.