Quantisierung (Physik)

Quantisierung ist bei der theoretischen Beschreibung eines physikalischen Systems der Schritt, bei dem Ergebnisse, Begriffe oder Methoden der klassischen Physik so abgeändert werden, dass quantenphysikalische Beobachtungen am System richtig wiedergegeben werden. Unter anderem soll dadurch die Quantelung vieler messbarer Größen erklärt werden, z. B. das Vorliegen bestimmter diskreter Energiewerte bei den Anregungsstufen eines Atoms.

Ab 1900, zu Beginn der Quantenphysik, bedeutete Quantisierung im Wesentlichen, dass nach einer Berechnung von Prozessen und Zuständen gemäß der klassischen Physik noch bestimmte zusätzliche Regeln anzuwenden waren, mit denen diejenigen Ergebnisse ausgeschlossen wurden, die den Beobachtungen widersprachen. Diese phänomenologischen Regeln, die aus der klassischen Physik nicht begründet werden können, kennzeichnen die älteren Quantentheorien, unter ihnen z. B. das bohrsche Atommodell.

Werner Heisenberg und Erwin Schrödinger fanden 1925/26 dann unabhängig voneinander Vorschriften zum Aufstellen von quantenmechanischen Bewegungsgleichungen für ein physikalisches System. Mit Hilfe dieser Vorschriften wurden die Grundbegriffe und Grundgleichungen der klassischen Mechanik so modifiziert, dass aus den entsprechenden Berechnungen die quantenphysikalischen Beobachtungen richtig vorhergesagt wurden. Obwohl die Vorschriften von Heisenberg und Schrödinger zunächst sehr verschieden erscheinen, haben sie eine gemeinsame mathematische Grundlage, die als kanonische Quantisierung bezeichnet wird. Mit ihr begann die Entwicklung der heutigen Quantenmechanik.

Die kanonische Quantisierung lässt sich in etwas modifizierter Form auch auf physikalische Felder anwenden. Dies wurde ab 1927 zur Grundlage der Quantenfeldtheorie. Zur Unterscheidung, ob klassische Teilchensysteme oder klassische Felder quantisiert werden, wurden die Begriffe erste oder kanonische Quantisierung und zweite Quantisierung eingeführt.