Am 2. November 2026 wird im Röntgen-Hörsaal des Physikalischen Instituts am Hubland Süd ein großes Wort auf die Tafel kommen: Thermalisierung. Beim Physikalischen Kolloquium „Thermalization and Entropy Increase in Closed Macroscopic Quantum Systems“ geht es um die Frage, wie thermisches Verhalten in einem einzelnen, abgeschlossenen makroskopischen Quantensystem entstehen kann – obwohl es sich in einem reinen Zustand befindet und nicht mit einer Umgebung wechselwirkt.

Der Vortrag beginnt um 14:15 Uhr und endet um 16:45 Uhr. Veranstaltet wird das Kolloquium von der Fakultät für Physik und Astronomie, Theoretische Physik I. Organisator ist Prof. Dr. Ronny Thomale. Als Referent kommt Prof. Dr. Roderich Tumulka von der Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Fachbereich Mathematik. Wer nicht nach Würzburg fahren kann, kann online via Zoom teilnehmen.

Vom reinen Zustand zum thermischen Verhalten

Traditionell wurde thermisches Gleichgewicht in der quantenstatistischen Mechanik mit gemischten Zuständen, Ensembles oder offenen Systemen verbunden. Neuere Ansätze stellen diese vertraute Ordnung auf den Prüfstand: Auch ein einzelnes, abgeschlossenes makroskopisches Quantensystem mit reinem Zustand kann sich thermodynamisch verhalten.

Ein zentraler Bezugspunkt ist die Eigenstate Thermalization Hypothesis, kurz ETH. Sie bietet einen theoretischen Rahmen für die Beschreibung der Entwicklung eines isolierten Quantensystems, das weit vom Gleichgewicht entfernt startet und sich in Richtung thermischen Gleichgewichts bewegt – etwa nach einem globalen Quantensprung, einem sogenannten „quantum quench“.

Der Vortrag behandelt den Ansatz und die Hypothese, fragt nach der Bedeutung von „Thermalisierung“ in diesem Zusammenhang und gibt einen Einblick in aktuelle Entwicklungen. Dazu passt ein didaktisch angelegter Primer von Mohsen Alishahiha und Mohammad Javad Vasli mit dem Titel „Eigenstate Thermalization Hypothesis: A Primer“. Der Text richtet sich an ein breites Physikpublikum, insbesondere an Hochenergiephysiker, setzt aber grundlegende Kenntnisse in Quantenmechanik und statistischer Mechanik voraus. Anwendungen und Auswirkungen der ETH gibt es sowohl in der Hochenergiephysik als auch in der kondensierten Materie.

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Wenn Entropie nicht einfach nur wächst

Eine Erweiterung der Boltzmann-Entropie steht ebenfalls auf dem Programm. Für einen Makrozustand (nu) gilt (S(nu)=log dim H_nu). Dabei bezeichnet (H_nu) den Unterraum des Hilbertraums (H), der aus Wellenfunktionen besteht, die mit dem Makrozustand (nu) vereinbar sind.

Der Haken liegt in der Quantenmechanik selbst: Ein allgemeiner Wellenfunktionszustand ist eine Überlagerung von Beiträgen aus verschiedenen Unterräumen (H_nu). Was also soll eine zeitliche Zunahme dieser Entropie genau bedeuten? Tumulka schlägt dafür eine entsprechende Definition vor und untersucht, unter welchen Bedingungen die Entropie zunimmt. Das klingt trocken, ist aber an einer Stelle ziemlich grundlegend – schließlich geht es um die Frage, wie der Zeitpfeil in einem abgeschlossenen Quantensystem beschrieben werden kann.

Der Primer zur ETH wurde auf arXiv erstmals am 13. Januar 2025 eingereicht; Version 1 umfasste 1.510 KB. Version 2 folgte am 22. Januar 2025 mit 1.511 KB, Version 3 am 17. August 2026 mit 1.322 KB. Der Forschungsstand ist also nicht bloß Archivmaterial, sondern bewegt sich weiter.

Kaffee vor dem Quantensystem

Wer vor Ort dabei sein möchte, findet den Röntgen-Hörsaal im Gebäude P1, Physikalisches Institut, Hubland Süd. Ab 13:45 Uhr besteht im Foyer vor dem Röntgen-Hörsaal die Möglichkeit, sich bei Kaffee oder Tee zu treffen. Ein kleiner, sehr menschlicher Vorlauf zu einem Vortrag über reine Zustände, Hilberträume und Entropie – manchmal braucht selbst die komplizierteste Physik erst einmal eine warme Tasse.

Die Teilnahme ist entweder im Röntgen-Hörsaal oder online möglich. Für Interessierte aus Tübingen und Umgebung liegt der Blick dabei gewissermaßen vor der eigenen Haustür: Der Referent kommt von der Eberhard-Karls-Universität Tübingen, während die Veranstaltung an der Universität Würzburg stattfindet.