Quantenspalt&Impuls

[amc]

Zitat von Eyk van Bommel

Jetzt wird die Konzentration langsam so eingestellt, dass A) 10% B) 35% C) 50% D) 75% der Photonen die den Weg einschlagen auch wechselwirken werden.

Ab wann wird die Interferenz messbar gestört.

Ich denke, wenn manche Photonen wechselwirken und manche nicht, dann erhält man auch immer beides, Interferenzmuster und kein Interferenzmuster. Die Frage ist natürlich welches Muster ist ausgeprägter, das hängt dann sicher von dem Verhältnis der wechselwikungsfreien zu nicht ww-freien Photonen ab. Wenn z.B. immer nur 1% ww-frei ist, dann müsste man wohl entsprechend länger Photonen schießen, damit das Interferenzbild klar von den statistischen Ausreißern der wechselgewirkten Photonen ( oder gewechselwirkten ) zu unterscheiden ist.

Oh, ich sehe Johann hats auch schon so erwähnt ...

Freundlichst,
AMC

[richy]

Hi amc

Was meinst du genau mit dann?

Das bezog sich auf eine ganz einfache Totalreflexion beim Einfachspalt.

Quelle ------- Spalt ---------Spiegel

Geringe Intensitaet. Bei einem Schirm statt Detektor ist Auftrittsort daher zufaellig.
Angenommen: Keine Dekohaerenz.
Ich meine der Spiegel war sogar plan.
Was passiert ?

[Benjamin]

Zitat von amc

Du meinst, ohne dabei die Interferenz zu zerstören (oder meinst du grundsätzlich nicht?) - ja, ganz klar, das geht nicht. Das ist liegt im Wesen der Quantenwelt, die lässt sich nicht austricksen, aber Eyk kann natürlich daran tüfteln bis er grau wird, vielleicht klappts ja doch mal irgendwie

Die meisten modernen Interferometer arbeiten mit halbdurchlässigen Spiegeln. Auch das Michelson-Interferometer funktioniert mit solchen. Es entsteht sozusagen ein Interferenzbild aus durchgelassenen und reflektierten Strahl. Das ist eine sehr elegante und vielfach nützliche Art Interferenzmuster zu erzeugen.

Man könnte der Versuchung unterliegen, so ein Interferometer dafür zu nutzen, einzelne Photonen durchzuschicken und ihren Weg bestimmen zu wollen. Wichtig dabei ist, dass das Interferenzmuster nur dann entsteht, wenn keine Information darüber vorliegt, welchen Weg das Photon nimmt, sprich, ob es am halbdurchlässigen Spiegel reflektiert oder durchgelassen wird.
Eine Wegbestimmung könnte zB damit gelingen, dass man eine Impulsmessung am Spiegel durchführt. Ein reflektiertes Photon überträgt nämlich einen Impuls auf den Spiegel, wobei ein durchgelassenes Photon keinen Impuls überträgt. Imho könnte man denken, es wäre möglich den Weg mittels Impulsmessung am Spiegel zu bestimmen und auch ein Interferenzmuster zu bekommen.
Was spricht gegen solch eine Impulsmessung?

Nun, ich denke, es ist am Spiegel an sich nicht möglich den Impuls so genau zu messen, dass man auf den Weg des Photons rückschließen könnte. Und zwar muss es an den physikalischen Eigenschaften des Spiegels selbst liegen. Seine physikalische Eigenschaft mit Licht in der Art in Wechselwirkung zu treten, dass die Phase der Welle kohärent bleibt, muss mit einer so großen Impulsunschärfe des Spiegels verbunden sein, dass auf den Weg des Photons nicht rückgeschlossen werden kann.
Warum es zu dieser Impulsunschärfe kommt, habe ich im vorherigen Beitrag erläutert.

[Eyk van Bommel]

Die Frage (mein letztes Beispiel) die mir durch den Kopf ging war:
Wenn der Weg A in 5% der Fälle zu einer Wechselwirkung führt, wobei die Bewegung der (Mess-)Moleküle als nicht determiniert zu verstehen ist (anders wie beim Polarisationsfilter! ) dann kommen insgesamt nur 97,5% der Photonen am DS an.

95% der Photonen sollten eine Interferenz aufweisen. 2,5% sind durch A „vernichtet“ (kommen also nie an!) und die restlichen 2,5% sind den Weg B gegangen, wären aber bei A gemessen worden = keine Interfenz?
@Benjamin

Seine physikalische Eigenschaft mit Licht in der Art in Wechselwirkung zu treten, dass die Phase der Welle kohärent bleibt, muss mit einer so großen Impulsunschärfe des Spiegels verbunden sein, dass auf den Weg des Photons nicht rückgeschlossen werden kann.

Finde diese Antwort ja gut, aber…
Also entweder ist der Spiegel so leicht, dass er selbst quantenphysikalischen Gesetzten unterliegt (unschärfe) oder so schwer, dass eine Bewegungsänderung nicht mehr gemessen werden kann?

Gruß
EVB

[Benjamin]

Zitat von Eyk van Bommel

Die Frage (mein letztes Beispiel) die mir durch den Kopf ging war:
Wenn der Weg A in 5% der Fälle zu einer Wechselwirkung führt, wobei die Bewegung der (Mess-)Moleküle als nicht determiniert zu verstehen ist (anders wie beim Polarisationsfilter! ) dann kommen insgesamt nur 97,5% der Photonen am DS an.

95% der Photonen sollten eine Interferenz aufweisen. 2,5% sind durch A „vernichtet“ (kommen also nie an!) und die restlichen 2,5% sind den Weg B gegangen, wären aber bei A gemessen worden = keine Interfenz?

Hm? "die restlichen 2,5% sind den Weg B gegangen, wären aber bei A gemessen worden " ... Wenn sie in A gemessen werden, sind sie den Weg A gegangen und nicht den Weg B!

Ab wann wird die Interferenz messbar gestört.

Was meinst du mit "die Interferenz wird messbar gestört"? Wie es in keinem Experiment 100%ig dem Modell entsprechende Ergebnisse gibt, so gibt es auch kein perfektes Interferenzbild, weil wir uns Modellen bedienen, die die Natur vereinfacht darstellen. Somit musst du "messbare Störung" genauer definieren.

Das komisch ist ja, nimmt das Photon den anderen Weg, dann muss es sozusagen wissen, dass es auf dem anderen Weg gemessen worden wäre.

Ja, richtig. Mache aber nicht den Fehler, dir vorzustellen, da gäbe es ein Teilchen, das sich entweder auf dem Weg A oder auf dem Weg B befindet. Das gibt es nämlich nicht! Die korrekte Beschreibung der Lichtausbreitung gelingt über eine Wellenfunktion. Genauer heißt das: Eine Angabe über Ort und Zeit einer elektromagnetischen Wechselwirkung gehorcht einer Wellengleichung, und diese ist für Weg A und B definiert. Das wirklich Außergewöhnliche liegt nun in dem Umstand, dass wir aus dieser Wellengleichung nur erfahren mit welcher Wahrscheinlichkeit eine solche Wechselwirkung eintritt. Warum das so ist, weiß kein Mensch auf dieser Welt, oder zumindest konnte es noch niemand der breiten Öffentlichkeit verständlich machen.
Das sogenannte Photon, dem du versuchst einen konkreten Ort zu einer konkreten Zeit zuzuschreiben, existiert zu keiner Zeit an einem solchen Ort, außer zum Zeitpunkt seiner Messung. Davor jedoch existiert es als eine Art Welle und diese Welle breitet sich auf Weg A und B gleichzeitig aus.
Das ist nicht logisch und widerspricht dem menschlichen Verstand ganz allgemein, aber so sieht das Bild aus, das wir uns von der Natur gemacht haben. Momentan scheint es noch immer das anschaulichste zu sein.

Also entweder ist der Spiegel so leicht, dass er selbst quantenphysikalischen Gesetzten unterliegt (unschärfe) oder so schwer, dass eine Bewegungsänderung nicht mehr gemessen werden kann?

Jedes physikalische Objekt gehorcht qm Gesetzen. Die Frage ist nur, ob diese Gesetze für unsere Anschauung dienlich sind. Will man den Impulsübertrag eines Fußballes auf einen Spiegel beschreiben, braucht es dieser Gesetze nicht. Willst du aber den Impulsübertrag eines Photons auf diesen Spiegel untersuchen, musst du dich derer sehr wohl bedienen. Der Spiegel ist nicht unbedingt zu schwer, wenngleich er auch aus 10^23 Atomen bestehen mag, er ist vor allem zu unruhig. Die Fluktuationen des Spiegels selbst übertreffen jede mögliche Messung des Photonenimpulses, und diese Fluktuationen sind nichts anderes als die Impulsunschärfe des Spiegels.

[Benjamin]

Zitat von Benjamin

Das sogenannte Photon, dem du versuchst einen konkreten Ort zu einer konkreten Zeit zuzuschreiben, existiert zu keiner Zeit an einem solchen Ort, außer zum Zeitpunkt seiner Messung. Davor jedoch existiert es als eine Art Welle und diese Welle breitet sich auf Weg A und B gleichzeitig aus.

Ach ja, was noch wesentlich ist: Um die Wellenfunktion des Photons zu verändern, reicht allein die Möglichkeit einer Wechselwirkung, sprich Messung aus. Eine wirkliche Messung zerstört die Wellenfunktion, und die Energie des Photons geht in eine andere Energieforum über. Aber allein dadurch, dass du zB den Weg A mit Gas flutest, veränderst du die Wellenfuntkion, weil dadurch eine Wechselwirkung möglich wird. Sie muss gar nicht geschehen, nur die Möglichkeit alleine genügt!

[JoAx]

Hallo Benjamin!

Zitat von Benjamin

Ach ja, was noch wesentlich ist: Um die Wellenfunktion des Photons zu verändern, reicht allein die Möglichkeit einer Wechselwirkung, sprich Messung aus. Eine wirkliche Messung zerstört die Wellenfunktion, und die Energie des Photons geht in eine andere Energieforum über. Aber allein dadurch, dass du zB den Weg A mit Gas flutest, veränderst du die Wellenfuntkion, weil dadurch eine Wechselwirkung möglich wird. Sie muss gar nicht geschehen, nur die Möglichkeit alleine genügt!

Das ist aber definitiv nicht richtig. Die Möglichkeit an sich zerstört noch nicht die Interferenz. Geht ein Photon durch, ohne auch nur ein einziges Molekül angeregt zu haben, dann wird es auch interferieren. Warum sollte es das nicht tun können?


Gruß, Johann

[Benjamin]

Zitat von JoAx

Das ist aber definitiv nicht richtig. Die Möglichkeit an sich zerstört noch nicht die Interferenz. Geht ein Photon durch, ohne auch nur ein einziges Molekül angeregt zu haben, dann wird es auch interferieren. Warum sollte es das nicht tun können?

Achso?
Du meinst, Licht kann ein Gas durchlaufen, ohne ein Molekül anzuregen? Heißt das dann, das Licht läuft durchs Gas mit Vakuumlichtgeschwindigkeit?
Das tut es gewiss nicht! Ein Gas, wie die Luft, ist ein optisches Medium mit einer Brechzahl, daher ist Licht auch langsamer darin.
Wenn du sagst, Photonen können durchs Gas laufen, ohne mit dem Gas in Wechselwirkung zu treten - und ich denke, das meintest du doch mit "Molekül anregen" - dann muss das Licht auch mit Vakuumlichtgeschwindigkeit durch das Gas laufen, denn warum sollte es langsamer werden?

Kannst du mir das erklären?

[Eyk van Bommel]

Du meinst, Licht kann ein Gas durchlaufen, ohne ein Molekül anzuregen? Heißt das dann, das Licht läuft durchs Gas mit Vakuumlichtgeschwindigkeit?

Müssen DS-Experimente bzw. am Interferometer im Vakuum durchgeführt werden

JoAx sprach ja von Anregung, die findet nicht automatisch statt wenn das Licht durch ein Gas/Luft „stiefelt“?

Hm? "die restlichen 2,5% sind den Weg B gegangen, wären aber bei A gemessen worden " ... Wenn sie in A gemessen werden, sind sie den Weg A gegangen und nicht den Weg B!

Ich habe mich wohl nicht klar ausgedrückt.

Bei A befindet sich ein Gas (oder Plasma) in einer Konzentration, dass dieses mit einer Wahrscheinlichkeit von 5% das abkommende Photon absorbiert/= detektiert (Molekül wird gespalten. Spaltprodukt könnte gemessen werden…oder so).

Dies entspricht einem (eingeschalteten) Detektor auf dem Weg A – aber eben nur in 5% der Fälle.

Somit kommen auf dem Weg A nur 95% der Photonen über den Weg A „hinten am Schirm an“ = 100% Interferenz. Richtig? Da auf dem Weg B nicht gemessen wird auch = 100% Interferenz.

Schlagen die Photonen den Weg B ein, dann kommen 100% an. ABER 5% der Photonen würden „spüren“, dass auf dem Weg A ein Detektor „eingeschaltet“ ist (ein Molekül im Weg gewesen WÄRE(!) Sie kommen zwar am Schirm an zeigen daher aber keine Interferenz?

Das bedeutet 5% der Photonen zeigt keine Interferenz, da sie den Weg B gegangen sind. Aber 100% der Photonen über den Weg A zeigen Interferenz.

Da keiner sagen kann, welches Photon absorbiert wird, kann kein Beobachter herausfinden, welchen Weg das Photon genommen hat, wenn es hinten ankommt. Warum sollten dann nicht 100% der Photonen die den Weg B einschlagen eine Interferenz aufweisen?

Es geht also auch ein Stück um die Rolle des Beobachters?

Gruß
EVB

[amc]

Hallo Benjamin, Hallo Johann,

ich glaube ihr redet etwas aneinander vorbei. Benjamin sagte nicht, dass eine mögliche Wechselwirkung die Interferenz zerstört, sondern die Wellenfunktion verändert sich dadurch. Und Johann sagte nicht, dass Licht grundsätzlich nicht wechselwirkt, wenn es durch ein Gas läuft, das bezog sich lediglich auf einzelne Photonen.

Grüße