Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Doppelspaltexperiment mit 2 Photonen.
Hallo Leute.
Ich habe eine interessante Frage zum Doppelspaltexperiment.
Zu aller erst zum Aufbau:
Wir haben eine Photonenquelle, ein Doppelspalt, zwei Quantendetektoren die direkt hinter den Spalten stehen und ein Schirm.
Das quantenmechanische Doppelspaltexperiment kennen wir folgendermaßen:
Wir schicken immer ein Quant los und messen mit den Quantendetektoren durch welchen Spalt es gegangen ist. Folglich entstehen zwei sich überlagernde Normalverteilungen, da wir ja immer wussten durch welchen Spalt das Photon gegangen ist.
Ohne Quantendetektoren würden wir jedoch ein Interferenzmuster erhalten, weil wir nicht sagen können durch welchen Spalt das Quant gegangen ist.
Nun zu meiner Frage:
Was passiert wenn wir statt eines Quants immer zwei losschicken.
Dann gibts 3 Möglichkeiten von Messung:
1. Quantendetektor 1 geht an, also sind beide Quanten durch Spalt 1 gegangen.
2. Quantendetektor 2 geht an, also sind beide Quanten durch Spalt 2 gegangen.
3. Beide Quantendetektoren gehen an, also haben sich die Quanten jeweils auf den Spalten aufgeteilt. Also eines ist durch den einen und das andere durch den anderen Spalt gegangen.
Nun ich interessiere mich jetzt für Punkt 3!!!
Gegen wir davon aus, dass wir unseren Schirm mit einem Computer verbinden der nur die Daten speichert, die auftreten wenn die Quanten durch beide Spalte gegangen sind...
Was erhalten wir für ein Muster auf dem Schirm? Interferenz oder Normalverteilung?
Lieben Gruß
dolorado7
Gegen wir davon aus, dass wir unseren Schirm mit einem Computer verbinden der nur die Daten speichert, die auftreten wenn die Quanten durch beide Spalte gegangen sind...
Hi dolorado7 und willkommen im Forum,
Eine Messung die zur Feststellung der "Welchen Weg Information" führt, würde ein Interferenzmuster zunichte machen. Sofern ich deinen Aufbau richtig verstanden habe, schickst du beide Photonen gleichzeitig los, oder? Auch dann würde sich kein Interferenzmuster bilden. In diesem Fall könnten wir die "Welcher Weg Information" einfach nicht mehr einem der beiden Photonen zuordnen.
Falls aber die Möglichkeit für die beiden Photonen besteht, beide Wege zu nehmen ohne dass eine "Welcher Weg"-Messung vorgenommen wird, wird sich in jedem Fall ein Interferenzmuster zeigen.
Das soll nicht da Problem sein. Wir schauen einfach. Wenn beide Detektoren anspringen soll der Computer die Quanten auf dem Schirm als Punkt speichern. Das dient nur zu Wiedergabe des Bildes am Schluss. Mich interessiert aber das Muster das sich am Schirm einstellt. D.h die Frage ob die Teilchen interferieren oder nicht.
Also was sagt ihr?
Gruß
Falls du die "Welcher Weg Information" nicht feststellst wird sich zwar ein Inteferenzmuster bilden, aber mit zwei einzelnen Detektoren wirst du nur eine rein zufällige Verteilung feststellen können.
salve Lorenzy,
hier bin ich unsicher. Es erfolgte Messung, daher wurde die gemeinsame Phase zerstört. Besteht nun hinreichend gemeinsame Phasenverschiebung, wenn an beiden Spalten gleichwertig gemessen wird? Ab welchem Grad der Phasenverschiebung geht Interferenz verloren? Mir ist nichts über Referenz-Untersuchungen bekannt.
Gruß Uranor
Ab welchem Grad der Phasenverschiebung geht Interferenz verloren?
Ab dem Grad, bei dem eine "Welcher Weg Info" abgeleitet werden kann.
Wenn beide Detektoren anspringen soll der Computer die Quanten auf dem Schirm als Punkt speichern.
Ich verstehe deinen Aufbau nicht ganz. Wenn du zwei Detektoren hast die nur an zwei einzelnen Stellen messen, wirst du auch nur zwei mögliche Punkte auf dem Bildschirm haben. Wie willst du damit ein Interferenzmuster beobachten können?
Nun. Ok. Nochmals für alle eine genauere Beschreibung des Versuchsaufbaus, da ich gemerkt habe das dieser noch unklar ist.
Wir plazieren hinter jedem Spalt jeweils einen Quantendetektor.
Nun schicken wir mittels unserer Photonenquelle immer gleichzeitig zwei Quanten los. Wenn beide Quanten durch ein Spalt gehen ignorieren wir das Ergebnis. Wenn jedoch beide Quanten durch JEWEILS einen Spalt gehen soll der Ort der Quanten auf dem Schirm im Computer gespeichert werden, damit wir aus der Summe aller Orte auf dem Schirm am Schluss ein Bild konstruieren können. Dies dient auschließlich der Feststellung was für ein Bild entsteht...
Was wird nun eintreten? Interferenz oder zwei sich überlagernde Normalverteilungen?
Ich hoffe, dass nun der experimentielle Aufbau klarer geworden ist.
Lorenzy. Speziell zu deiner Frage: Ich möchte das Muster nach "sehr vielen" Detektionen auf dem Schirm wissen. Wir müssen also schon eine Zeitlang immer nacheinander 2 Quanten abfeuern.
Gruß
dolorado7
Lorenzy. Speziell zu deiner Frage: Ich möchte das Muster nach "sehr vielen" Detektionen auf dem Schirm wissen. Wir müssen also schon eine Zeitlang immer nacheinander 2 Quanten abfeuern.
Gruß
dolorado7
Mir ist aber immer noch schleierhaft wie du mit zwei einzelnen Detektoren ein Interferenzmuster beobachten willst.
@all,
Bin ich hier der einzige der den Versuchsaufbau nicht kapiert?
Nein. Ich frage euch ja was ich eurer Meinung nach beobachten würde wenn ich das Experiment so ausführe wie bereits erwähnt... 2 Quanten abfeuern und immer wenn jeweils eines durch einen Spalt geht (was ja zu gleichen Zeiten geschieht) im Computer den Ort auf dem Schirm speichern..
Ich möchte von euch einfach nur wissen was für ein Bild ich erhalte wenn ich alle gespeicherten Punkte am Schluss zusammen führe...
Interferenz oder Normalverteilung? Welches von den beiden?
Lorenzy du sagtest am Anfang: Normalverteilungen... ok... ich möchte noch weitere Meinungen hören...
Lieben Gruß
Ok. Dann führen wir den Versuch mit zwei gleichzeitig emittierten Elektronen aus. Sie sind ja auch Quanten im Sinne der Quantenmechanik. Diese werden in den Detektoren nicht absorbiert. Also ist dieses Problem schonmal nicht mehr gegeben.
Was bildet sich für ein Bild aus?
Gruß
Es mag 2 Jahre her sein, da wurde doch bekannt, dass Photonen nun auch indirekt über die Polarisierung gemessen werden können.
Aber nun fällt mir das Problem der Aufgabenstellung auf: Wie werden Photonen bei nur einem Spaltdurchgang gestoppt, während die durchgelassen werden, die durch beide Spalten gingen? Also der Versuchsaufbau muss lang genug sein, damit nach der Erkennung und Auswertung Stopschilder eingeblendet oder freigegeben werden können.
So weit, so schlecht. Die Photonen düsen mit c. Die Auswertung verbraucht Zeit. Man bringt das Schaltsingnal auf keinen Fall vor die Photonen. Der Versuch ist nicht durchführbar.
Und zu den Elektronen hat EMI schon alles gesagt. So grau theoretisch kann keine Chance bestehen. Sorgfältig ausarbeiten, dann live im Labor arbeiten. Was sonst?
Gruß Uranor
Ich finde ihr seht die Sache viel zu überspitzt.
Es geht ja tatsächlich erstmal um ein theoretisches Gedankenexperiment.
Die Elektronen will ich garnicht vor dem Spalt stoppen wenn sie beide durch einen Spalt gehen. Sondern ich lasse ALLE durch und schau mir nur die Spuren auf dem Schirm an die sie hinterlassen wenn jeweils ein Elektronen durch einen Spalt und jeweils ein Elektron durch den anderen Spalt gegegangen ist. So... Und jetzt tut mir einen gefallen und vergesst die ganzen Experimentiellen Probleme. Hier solls um Theorie gehen...
Was würde sich also nach euer Meinung einstellen? Ein Interferenzmuster oder eine Normalverteilung?
Antwortet bitte nur auf diese Frage ;)... Mit Begründung wenn ihr lust habt...
Lieben Gruß
OK also scheinbar führen Experiment bei euch direkt zu lauter Problemen, die mich hier garnicht interessieren. Aber gut zu wissen was für welche auftreten, ihr habt mich experimentiell ein wenig belehrt...
Nichts desto trotz.. Ich werde die Frage jetzt rein theoretisch stellen. Ich habe gemerkt anders komme ich hier nicht weiter...
Wir sind also nicht mehr im Experiment jetzt.
Also wir erzeugen zwei Elektronen zur selben Zeit... Und es gibt zwei voneinander örtllich getrennte Wege A und B. Was passiert wenn wir feststellen wie Elektron 1 durch A geht und Elektron 2 durch B zur selben Zeit. Dann müsste doch die Wellenfunktion beider Elektronen zur selben Zeit kollabieren und sie würden sich nicht mehr verhalten wie eine Welle nicht?
Gruß
Nö. Ich darf das Forum so nutzen wie ihr auch. Naja ich will nicht streiten, finds halt nur bissien nervig.
Was an meiner Frage habt ihr nicht verstanden?
Hi dolo.
Also wir erzeugen zwei Elektronen zur selben Zeit... Und es gibt zwei voneinander örtllich getrennte Wege A und B. Was passiert wenn wir feststellen wie Elektron 1 durch A geht und Elektron 2 durch B zur selben Zeit. Dann müsste doch die Wellenfunktion beider Elektronen zur selben Zeit kollabieren und sie würden sich nicht mehr verhalten wie eine Welle nicht?
Doch.
Es ist schnurzpiepegal, ob du das mit einem oder zwei Elektronen machst.
Auch ein einzelnes Elektron hat stets Welleneigenschaften.
Und seine Unschärfe.
Die führt nunmal dazu, dass man nicht einmal theoretisch sagen kann, das einzelne Elektron sei nur und ausschließlich durch den einen Spalt gegangen.
(Bei so einem Doppelspaltexperiment stehen die beiden Spalten so dicht beieinander, dass die Ortsunschärfe eine hohe Wahrscheinlichkeit für den Durchgang durch beide Spalten erzeugt.)
Stell dir ein freies Elektron bitte nicht als Punktteilchen vor, eher als eine Art Wolke, deren Dichte nach aussen hin abnimmt.
Was am Schirm als Punkt erscheint, ist einfach die Stelle, wo das Quadrat der Wellenfunktion zum Detektionszeitpunkt innerhalb dieser Wolke "erwischt" wurde.
Und der Doppelspalt sorgt dafür, dass es Bereiche (Streifen) gibt, wo die Wahrscheinlichkeit hierfür höher ist als in den Bereichen dazwischen.
Kurz und gut, du wirst immer ein IF-Muster erhalten, auch wenn du (theoretisch) festlegen willst, Elektron 1 geht durch A und Elektron 2 gleichzeitig durch B.
Das kannst du nämlich gar nicht so festlegen, es wird immer einen Anteil geben, der durch den anderen Spalt geht, und der interferiert dann mit dem anderen Anteil.
Gruß Jogi
@Jogi... danke erstmal für deine Antwort. Und danke auch an alle anderen bis jetzt. Und EMI... reg dich ab... es war nie meine Absicht unhöfflich zu irgendjemandem zu sein. Ich hab aber auch jetzt nicht groß die lust über solche Kommunikations-Probleme zu reden... also vergessen wir´s einfach...
Jetzt nochmal @Jogi:
Wenn wir den Spaltabstand vergrößern und die Spaltebreite gleich lassen, wird das Interferenzbild bloß kleiner. Dann haben nicht mehr das Problem das die Elektronen-Wolken über beide Spalte hinüberlappen. Nehmen wir jetzt eine Messung eines Elektrons vor, so können wir eindeutig feststellen durch welchen Spalt er ging. Was passiert in diesem Fall dann wenn wir 2 Elektronen gleichzeitig schicken und gleichzeitig jeweils bei Spalt A und Spalt B messen...?
Interferenz oder Normalverteilung?
Gruß
Jetzt nochmal @Jogi:
Wenn wir den Spaltabstand vergrößern und die Spaltebreite gleich lassen, wird das Interferenzbild bloß kleiner. Dann haben nicht mehr das Problem das die Elektronen-Wolken über beide Spalte hinüberlappen. Nehmen wir jetzt eine Messung eines Elektrons vor, so können wir eindeutig feststellen durch welchen Spalt er ging. Was passiert in diesem Fall dann wenn wir 2 Elektronen gleichzeitig schicken und gleichzeitig jeweils bei Spalt A und Spalt B messen...?
Interferenz oder Normalverteilung?
Gruß
Hallo!
Also wie immer bitte korrigieren, wenn falsch.
Grundsätzlich geht das Elektron immer durch alle Spalte - denn seine "Ausdehnung" ist ja unendlich groß. Und es wird erst eindeutig wenn es gemessen wird, aber dan ist seine Wellenfunktion kollabiert.
Also ich denke, um deine Frage zu beantworten: Sobald du gemessen hast (ob theoretisch oder praktisch) ist die Wellenfunktion des Elektrons kollabiert und es gibt ein Punktmuster, sobald du nicht gemessen hast gibt es ein Interferenzmuster.
Das ist halt, womit man sich nach (meinen Wissenstand über die Quantenmechanik) bei der Quantenmechanik abfinden muss.
Es geht ja nicht das Elektron durch die Spalte, sondern seine Wahrscheinlichkeitswelle. Eben die machst du durch (jedwede Messung) kaputt (richtig? falls nicht, gerne korrigieren).
Viele Grüße
Slash
Hi dolo.
Wenn wir den Spaltabstand vergrößern und die Spaltebreite gleich lassen, wird das Interferenzbild bloß kleiner. Dann haben nicht mehr das Problem das die Elektronen-Wolken über beide Spalte hinüberlappen. Nehmen wir jetzt eine Messung eines Elektrons vor, so können wir eindeutig feststellen durch welchen Spalt er ging. Was passiert in diesem Fall dann wenn wir 2 Elektronen gleichzeitig schicken und gleichzeitig jeweils bei Spalt A und Spalt B messen...?
Interferenz oder Normalverteilung?
So weit war ich mit meinen Überlegungen auch schon mal.
Weil ich keine Experimente mit Elektronen machen kann, hab' ich Laserlicht genommen.
Da gilt ja im Prinzip das gleiche.
Und was musste ich sogar hinter einem Einfachspalt feststellen?
- Interferenz!
Das Muster war wesentlich enger als das beim Doppelspalt, aber messerscharf.
Damit war für mich klar, daß die Spaltkanten für die IF sorgen.
Wenn du mal bei wiki nachschaust, findest du auch ein IF-Muster das einfach nur durch eine Kante verursacht wurde.
Zur Erklärung muss ich nochmal auf das Bild der "Wolke" zurück kommen:
Diese Wolke hat Welleneigenschaften und wechselwirkt mit der Kante.
Das stört die intrinsische Kohärenz und führt zu einer intrinsischen Wechselwirkung, der Interferenz.
Und das gilt m. E. gleichermassen für ein Photon wie für ein Elektron.
Eine Normalverteilung sollte also erst dann auftreten, wenn das Elektron mit so viel Abstand an der Kante vorbei fliegt, dass eine WW mit der Kante unwahrscheinlich wird.
Also ich denke, um deine Frage zu beantworten: Sobald du gemessen hast (ob theoretisch oder praktisch) ist die Wellenfunktion des Elektrons kollabiert und es gibt ein Punktmuster, sobald du nicht gemessen hast gibt es ein Interferenzmuster.
Eine Messung ist i. d. R. mit Absorption verbunden.
Wenn du ein Elektron direkt am Spalt messen willst, musst du es dort absorbieren.
Soll auf dem Schirm dahinter dann ein Elektron ankommen, muss wieder eins emittiert werden.
Das ist dann wohl kaum das ursprüngliche Elektron, sondern eins aus der Kante.
Und das muss ja dann durch keinen Spalt mehr, also in diesem Fall auch: Normalverteilung.
Gruß Jogi
Wenn wir den Spaltabstand vergrößern und die Spaltebreite gleich lassen, wird das Interferenzbild bloß kleiner.
Mach den Spaltabstand noch weiter. Bald bekommst du sehr wenige bis gar keinen Durchgang mehr. Die Objekte klatschen gegen die Spaltwand. Das kann man tun. Aber zu welchem Zweck?
Zu welchem Zweck benennst du andere dafür, dass sie die Probleme, die du mit denem Fragen einbringst, erkennen und ansprechen?
In einer Däumchenschule bekämest du vielleicht irgend eine Antwort. Indes, du hast deine Anliegen in ein Physikforum eingebracht. Ist es nicht?
Gruß Uranor
Und was musste ich sogar hinter einem Einfachspalt feststellen?
- Interferenz!
Das Muster war wesentlich enger als das beim Doppelspalt, aber messerscharf.
Zur Interferenz am Einzelspalt hab ich ein schönes Applet gefunden
http://www.jgiesen.de/spalt/index.html
und eine Erklärung nach dem Fresnel-Huygenssche Prinzip.
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk3a-2003/node22.html
Anscheinend bist du mehr damit beschäftigt dich immernoch mit meinen Äusserungen auseinanderzusetzen als mit Physik. Hab ich deine wissenschaftliche Seele etwa gekränkt? Dann tut es mir aufrichtig leid... Ich finde es lächerlich solange auf irgendwelchen Äusserungen rumzureiten. Ich habe ganz klar gesagt, dass ich nicht unhöfflich sein wollte.
Aber nun greifst du und EMI die Sachen zum zweiten mal auf.
Hab ich etwa Salz in eine Wunde gestreut oder wie... Ich möchte mich hier weiterhin über Physik unterhalten und ich bin für ein freundliches Miteinander.
Wenn ihr Streit wollt, sagt nur bescheid. Aber ein Physikforum sollte ein Physikforum bleiben...
Und bei allen anderen möchte ich mich dafür entschuldigen, dass ich diese Aufklärung hier hereinbringen musste. Aber scheinbar gehts nicht anders.
Ich hoffe jetzt ist so langsam mal gut...
Gruß
Anscheinend bist du mehr damit beschäftigt dich immernoch mit meinen Äusserungen auseinanderzusetzen als mit Physik. Hab ich deine wissenschaftliche Seele etwa gekränkt? Dann tut es mir aufrichtig leid... Ich finde es lächerlich solange auf irgendwelchen Äusserungen rumzureiten. Ich habe ganz klar gesagt, dass ich nicht unhöfflich sein wollte.
Aber nun greifst du und EMI die Sachen zum zweiten mal auf.
Hab ich etwa Salz in eine Wunde gestreut oder wie... Ich möchte mich hier weiterhin über Physik unterhalten und ich bin für ein freundliches Miteinander.
Wenn ihr Streit wollt, sagt nur bescheid. Aber ein Physikforum sollte ein Physikforum bleiben...
Und bei allen anderen möchte ich mich dafür entschuldigen, dass ich diese Aufklärung hier hereinbringen musste. Aber scheinbar gehts nicht anders.
Ich hoffe jetzt ist so langsam mal gut...
*Häsch ä Späßle g'macht?* :D
Jo, lass ihn dopsen. Manche brauchen das so.
Nichts desto trotz.. Ich werde die Frage jetzt rein theoretisch stellen. Ich habe gemerkt anders komme ich hier nicht weiter...
Wir sind also nicht mehr im Experiment jetzt.
Gruß
Hallo !
In der theoretisch begründeten Antwort müsste aus meiner Sicht der Begriff der Dekohärenz eine (wichtige) Rolle spielen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Dekoh%C3%A4renz
Damit landet man zwar wiederum bei der Praxis, also beim realen Experiment, deshalb finde ich es von den anderen richtig, dass sie auf den Aufbau pochen.
VG
Slash
Es geht ja tatsächlich erstmal um ein theoretisches Gedankenexperiment.
Auch wenn ein Gedankenexperiment nicht real ist, sollte es zumindest etwas mit der Realität zu tun haben.:rolleyes:
Die Wikipediaseite über Dekohärenz hab ich schonmal gelesen.
Die Frage hat sich aber bereits erübrigt. Danke
Interferenzmuster, wenn 2 Spalte offen sind.
Es ist gleichgültig, wieviele Photonen dann durchgehen: ob eines oder tausende.
Wenn ein Spalt offen ist, entsteht eine Normalverteilung (1 peak)
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