SRMeister
Registriertes Mitglied
Hallo,
diese Serie soll dazu beitragen, dass jeder mit etwas physikalischer Vorstellungskraft, ein grundlegendes Verständnis für quantenmechanische Phänomene erlangen kann. Diskussionen sind natürlich sehr gern gesehen.
Episode 0: Das Doppelspaltexperiment
Abbildung 1: Das Doppelspaltexperiment
Man nehme für die einfachste Variante einen Laserpointer und etwas, was den Lichtstrahl "teilen" kann, also zB zwei dünne Spalte in kurzem Abstand. Wichtig ist, dass die Lichtquelle kohärentes Licht erzeugt. Das bedeutet, es soll monochromatisches Licht verwendet werden. Ein Laser ist perfekt. Der Grund ist: Die Beugung am Spalt ist frequenzabhängig. Übrigens: Wer kein Geld hat und das Experiment durchführen will, nimmt einen dünnen Kupferdraht um das Licht des Laserpointers in 2 Pfade zu teilen und erhält dann auf der Schlafzimmerwand ein erstaunlich gutes Interferenzmuster.
Varianten:
-(V1): Verwendet man Einzelphotonen-Lichtquellen, erscheint das Interferenzmuster trotzdem, nachdem man genügend Photonen am Schirm gesammelt hat.
-(V2): Schließt man einen Spalt, so dass das Licht nur durch den übrigen Spalt gehen kann, so entsteht kein Interferenzmuster mehr am Schirm.
-(V3): Überlagert man die beiden Bilder, die entstehen, wenn jeweils ein Spalt geschlossen war, so ergibt das überlagerte Gesamtbild die gleiche übergeordnete Intensitätsverteilung wie bei V2, nur dass die Interferenzmuster nicht sichtbar sind.
Abbildung 2: Verteilung Einzelschlitz (V2) verglichen mit Doppelschlitz
Einordnung:
Das Doppelspaltexperiment zeigt anschaulich, dass elektromagnetische Phänomene Wellen- und Teilchencharakter haben können. Um weiter einzugrenzen, wann Wellen- und wann Teilchencharakter hervortreten, sind weitere Experimente notwendig; obwohl schon hier festgestellt werden kann, dass am Schirm definitiv der Teilchencharakter hervortritt - denn jedes Photon am Schirm wird nur an einer Stelle sichtbar. Bei vielen Darstellungen, ob in Büchern oder im Internet, werden beim Doppelspalt ohne Interferenz(V3), zwei separate, sich nicht überlagernde Bänder am Schirm gezeigt. Das ist eine starke Vereinfachung, die mit der Realität nichts zu tun hat. Die Breite des Musters nach (V2) ist wesentlich breiter als ein scharf abgegrenztes, einzelnes Band am Detektor. Die Breite wird nur durch die Breite der Öffnung am einzelnen Spalt und der Frequenz des Lichts festgelegt.
Außerdem zeigt das Doppelspaltexperiment eindeutig(bei V1), dass auch ein einzelnes Photon, bildlich gesprochen, durch beide Spalte geht und mit sich selbst interferiert.
diese Serie soll dazu beitragen, dass jeder mit etwas physikalischer Vorstellungskraft, ein grundlegendes Verständnis für quantenmechanische Phänomene erlangen kann. Diskussionen sind natürlich sehr gern gesehen.
Episode 0: Das Doppelspaltexperiment
Abbildung 1: Das Doppelspaltexperiment
Man nehme für die einfachste Variante einen Laserpointer und etwas, was den Lichtstrahl "teilen" kann, also zB zwei dünne Spalte in kurzem Abstand. Wichtig ist, dass die Lichtquelle kohärentes Licht erzeugt. Das bedeutet, es soll monochromatisches Licht verwendet werden. Ein Laser ist perfekt. Der Grund ist: Die Beugung am Spalt ist frequenzabhängig. Übrigens: Wer kein Geld hat und das Experiment durchführen will, nimmt einen dünnen Kupferdraht um das Licht des Laserpointers in 2 Pfade zu teilen und erhält dann auf der Schlafzimmerwand ein erstaunlich gutes Interferenzmuster.
Varianten:
-(V1): Verwendet man Einzelphotonen-Lichtquellen, erscheint das Interferenzmuster trotzdem, nachdem man genügend Photonen am Schirm gesammelt hat.
-(V2): Schließt man einen Spalt, so dass das Licht nur durch den übrigen Spalt gehen kann, so entsteht kein Interferenzmuster mehr am Schirm.
-(V3): Überlagert man die beiden Bilder, die entstehen, wenn jeweils ein Spalt geschlossen war, so ergibt das überlagerte Gesamtbild die gleiche übergeordnete Intensitätsverteilung wie bei V2, nur dass die Interferenzmuster nicht sichtbar sind.
Abbildung 2: Verteilung Einzelschlitz (V2) verglichen mit Doppelschlitz
Einordnung:
Das Doppelspaltexperiment zeigt anschaulich, dass elektromagnetische Phänomene Wellen- und Teilchencharakter haben können. Um weiter einzugrenzen, wann Wellen- und wann Teilchencharakter hervortreten, sind weitere Experimente notwendig; obwohl schon hier festgestellt werden kann, dass am Schirm definitiv der Teilchencharakter hervortritt - denn jedes Photon am Schirm wird nur an einer Stelle sichtbar. Bei vielen Darstellungen, ob in Büchern oder im Internet, werden beim Doppelspalt ohne Interferenz(V3), zwei separate, sich nicht überlagernde Bänder am Schirm gezeigt. Das ist eine starke Vereinfachung, die mit der Realität nichts zu tun hat. Die Breite des Musters nach (V2) ist wesentlich breiter als ein scharf abgegrenztes, einzelnes Band am Detektor. Die Breite wird nur durch die Breite der Öffnung am einzelnen Spalt und der Frequenz des Lichts festgelegt.
Außerdem zeigt das Doppelspaltexperiment eindeutig(bei V1), dass auch ein einzelnes Photon, bildlich gesprochen, durch beide Spalte geht und mit sich selbst interferiert.
Zuletzt bearbeitet:
