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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 03.05.15, 11:26
Enkelin Enkelin ist offline
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Standard Fragen zum Doppelspaltexperiment

Dies ist mein erster Beitrag in diesem Forum, daher erst einmal hallo an alle.

Ich bin Laie doch von Zeit zu Zeit beschäftige ich mich ein wenig mit Physik. Nicht ernsthaft, sondern oberflächlich. Es macht sehr viel Spaß und ich bitte um Nachsicht falls ich mit meinen Theorien den ein oder anderen vor den Kopf stoßen sollte. Es ist bestimmt nicht leicht für jemanden, der sich mit der Materie auskennt, ständig blöde Fragen und unsinnige Beiträge von interessierten Laien lesen zu müssen aber wo soll jemand wie ich sonst Antworten herbekommen?

Nun zum Grund, weshalb ich hier bin. Es geht ums Doppelspaltexperiment.

Es wird immer davon gesprochen, dass sich die Teilchen manchmal wie Wellen verhalten und ich bin nicht sicher, wie genau das zu verstehen ist. Ist das nur eine Interpretation? Denn wenn beispielsweise Elektronen auf dem Schirm in Bereichen landen, wo sonst nur Wellen hingelangen, sind es am Ende doch trotzdem viele einzelne Elektronen zusammen, die das Interferenzmuster bilden und nicht eines alleine. Man schickt also 40, 50 Stück durch und erst die Summe aller verhält sich wie die Welle. Durch die Zeit getrennt, denn das Interferenzmuster ergibt sich ja erst nach und nach, aber es ist eben nicht ein einzelnes Teilchen, das sich wie eine Welle verhält. Oder ist es eindeutig bewiesen, dass Teilchen diese Doppelnatur besitzen?

Und dann die nächste Frage: Normalerweise werden bei diesem Experiment die Elektronen wohl direkt hintereinander abgeschickt. Würde sich das Interferenzmuster ebenfalls bilden, wenn man nach jedem Elektron eine gewisse Zeit, sagen wir einen Tag warten würde, ehe man das nächste abschickt?

Und nun eine gewagte Theorie - bitte nicht die Augen verdrehen! ;-) Wäre es möglich, dass der Raum an sich nicht nur gekrümmt ist, sondern selbst wellenartig strukturiert ist und die Elektronen, Photonen etc. diese Wellen quasi nur ausfüllen?

Die Enkelin
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  #2  
Alt 03.05.15, 12:25
Benutzerbild von Bauhof
Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Es geht ums Doppelspaltexperiment. Es wird immer davon gesprochen, dass sich die Teilchen manchmal wie Wellen verhalten und ich bin nicht sicher, wie genau das zu verstehen ist. Ist das nur eine Interpretation?
Hallo Enkelin,

ja, Teilchen verhalten sich manchmal wie Wellen. Wie sie sich 'verhalten', wird durch die Art des Experiments festgelegt.

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Denn wenn beispielsweise Elektronen auf dem Schirm in Bereichen landen, wo sonst nur Wellen hingelangen, sind es am Ende doch trotzdem viele einzelne Elektronen zusammen, die das Interferenzmuster bilden und nicht eines alleine. Man schickt also 40, 50 Stück durch und erst die Summe aller verhält sich wie die Welle.

Durch die Zeit getrennt, denn das Interferenzmuster ergibt sich ja erst nach und nach, aber es ist eben nicht ein einzelnes Teilchen, das sich wie eine Welle verhält. Oder ist es eindeutig bewiesen, dass Teilchen diese Doppelnatur besitzen?
Ein Quantenobjekt ist weder Teilchen noch Welle. Das Quantenobjekt erscheint einmal als Teilchen und einmal als Welle, abhängig von der Art des Experiments.

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Und dann die nächste Frage: Normalerweise werden bei diesem Experiment die Elektronen wohl direkt hintereinander abgeschickt. Würde sich das Interferenzmuster ebenfalls bilden, wenn man nach jedem Elektron eine gewisse Zeit, sagen wir einen Tag warten würde, ehe man das nächste abschickt?
Ja, auch dann würde sich das Interferenzmuster bilden. Das ist eines der gut gehüteten Geheimnisse der Natur.

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Und nun eine gewagte Theorie - bitte nicht die Augen verdrehen! ;-) Wäre es möglich, dass der Raum an sich nicht nur gekrümmt ist, sondern selbst wellenartig strukturiert ist und die Elektronen, Photonen etc. diese Wellen quasi nur ausfüllen?
Für diese Theorie solltest du besser einen neuen Thread im Unterforum "Theorien jenseits der Standardphysik" eröffnen.

M.f.G. Eugen Bauhof
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Ach der Einstein, der schwänzte immer die Vorlesungen –
ihm hatte ich das gar nicht zugetraut!

Hermann Minkowski
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  #3  
Alt 03.05.15, 13:10
Enkelin Enkelin ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
Ein Quantenobjekt ist weder Teilchen noch Welle. Das Quantenobjekt erscheint einmal als Teilchen und einmal als Welle, abhängig von der Art des Experiments.
Ok, das werde ich mir merken. Trotzdem - beim Doppelspaltexperiment heißt es doch, dass sich die Objekte, solange keine Messung stattfindet, wie Wellen verhalten und das ist es, was ich nicht verstehe. Denn das tun sich doch gar nicht, oder? Wird beispielsweise ein Elektron durchgeschickt, erscheint es auf dem Bildschirm als Teilchen. Zwar in einem Bereich wo es nach unserem Verständnis gar nicht landen dürfte, dennoch ergeben erst alle durchgeschickten Elektronen zusammen das Interferenzmuster und nicht eines alleine. Wie kann man da auf ein Wellenverhalten schließen? Weiß Du was ich meine? Oder versteh ich das Experiment falsch?

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
Ja, auch dann würde sich das Interferenzmuster bilden. Das ist eines der gut gehüteten Geheimnisse der Natur.
Aha. Danke!

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
Für diese Theorie solltest du besser einen neuen Thread im Unterforum "Theorien jenseits der Standardphysik" eröffnen.
Alles klar. Sobald ich Zeit habe, werde ich das tun.

Die Enkelin
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  #4  
Alt 03.05.15, 13:47
Slash Slash ist offline
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Registriert seit: 30.07.2008
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Hallo Enkelin,

also ich kann es auch falsch verstehen, aber ich denke, es ist so:

Das Elektron (als Quantenobjekt) wird losgeschickt vom Sender mit einer gewissen Energie (wie wenn ein Stein in einen Wasserteich fällt).
In diesem "losgeschickten" aber noch nicht gemessenen (!) Zustand ist es sozusagen überall und nirgendwo, die Wahrscheinlichkeit, wo es sich befindet, ist wie eine Wellenfunktion und ist beschrieben durch die Schrödinger-Gleichung, also einer Wellenfunktion.
Irgendwann findet dann die Messung statt (z.B. auf dem Schirm).
Dann findet wie eine Art Lotterie statt. Jeder Ort ist möglich, aber die Ort mit hoher Wahrscheinlichkeit (Höhe der Wasserwelle) sind wahrscheinlicher.
Nach dem Auswerten des Lotterieergebnisses (die Lotterie legt den Ort fest) ist alle Energie des Elektrons ist "konzentriert" auf diesen Ort.
Natürlich benötigt es viele Elektronen, um festzustellen, dass die Wahrscheinlichkeit sich wie eine Welle ausbreitet und wie eine Welle Interferenzen bildet - so dass es bei zwei Spalten bspw. dieses Beugungsmuster ergibt.
Der Gag ist, dass das Elektron einerseits ein Wellenverhalten hat, andererseits aber, wenn die Messung stattgefunden hat, all die anderen Orte (die Welle hat ja wie auf einem Teich ganz viele Orte) keine Rolle mehr spielen, sondern die volle Energie auf diesem Ort lokalisiert ist (das Elektron also sich wie ein Teilchen jetzt wieder verhält).
Also das war so ungefähr nach meinem Verständnis (sicher nicht vollständig) erklärt und gerne korrigieren, wenn jemand etwas Falsches aufgefallen sein sollte.

VG
Slash

Ge?ndert von Slash (03.05.15 um 13:52 Uhr)
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  #5  
Alt 03.05.15, 15:10
Enkelin Enkelin ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Hallo Slash,

vielen lieben Dank für Deine Bemühungen, aber jetzt bin ich noch verwirrter als zuvor. Dass Wahrscheinlichkeiten bei diesem Experiment eine große Rolle spielen war mir klar, allerdings hatte ich mir von den Zusammenhängen ein ganz anderes Bild gemacht.

Erst mal zu dem Begriff "Messung". Du schreibst: "Irgendwann findet dann die Messung statt (z.B. auf dem Schirm)."

Gilt das Auftreffen eines Elektrons auf dem Schirm denn schon als Messung? Ich dachte immer, der Versuch herauszufinden welchen Weg das Elektron nimmt, wird als Messung bezeichnet. Wenn man hinsieht, geht es brav durch einen der beiden Spalte und landet genau dahinter, dort, wo man es auch vermuten würde. Misst man jedoch nicht, landet es auf dem Schirm an Stellen, wo es unserem Verständnis nach gar nicht auftauchen dürfte, da dies Bereiche sind, die nur dann eine Rolle spielen, wenn man eine Welle ( in dem Video das ich kürzlich angesehen habe, wurde das mit einer Wasserwelle verdeutlicht) durch beide Spalte schickt. Daraus schlussfolgert man, dass sich das Elektron wie eine Welle verhält und durch beide Spalte geht, solange man nicht hinsieht. Jedenfalls habe ich das Experiment so verstanden, aber ich vermute eben, da ist ein Denk- bzw. Verständnisfehler drin.

Das mit der Wahrscheinlichkeit hatte ich so verstanden: Sind erst mal einige Elektronen durchgeschickt worden, bildet sich ein Interferenzmuster am Schirm. Dieses zeigt an, wie hoch die Wahrscheinlichkeit für jeden Ort ist, dass dort ein Elektron ankommt, wobei die Stelle in der Mitte die höchste Wahrscheinlichkeit hat. Also das nächste Elektron, das losgeschickt wird, landet mit hoher Wahrscheinlichkeit wieder in der Mitte und mit weniger hoher Wahrscheinlichkeit irgendwo im Randbereich. Möglich ist alles, aber müsste man eine Wette abschließen, würde man sich klugerweise für die Mitte entscheiden.

Deine Erklärung hört sich jedenfalls komplizierter und wissenschaftlicher an und ich würde sie gerne verstehen wollen, aber ich glaube das dauert bei mir noch etwas.

Netten Namen hast Du Dir übrigens ausgesucht (ich war früher glühender Gunners-Fan)!

Viele Grüße

Die Enkelin
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  #6  
Alt 03.05.15, 15:51
Benutzerbild von Bauhof
Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Gilt das Auftreffen eines Elektrons auf dem Schirm denn schon als Messung?
Hallo Enkelin,

ja, wenn alle Elektronen abgefeuert wurden und mit dem Schirm in Wechselwirkung getreten sind, dann ist die Messung beendet.

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Ich dachte immer, der Versuch herauszufinden welchen Weg das Elektron nimmt, wird als Messung bezeichnet.
Nein, jeder Versuch, herauszufinden welchen Weg das Elektron nimmt, verfälscht die Messung, denn am Schirm tritt als Folge davon das Interferenzmuster nicht mehr auf.

M.f.G. Eugen Bauhof
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Hermann Minkowski
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  #7  
Alt 03.05.15, 16:40
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Hallo Enkelin,

es wurde schon gesagt, daß es vom Versuchsaufbau abhängt, ob sich ein Quantenobjekt wie eine Welle oder wie ein Teilchen verhält.
Näheres hier.

Schickt man ein Teilchen durch den Doppelspalt, so verhält es sich wie eine Welle. Es geht nicht durch den einen oder durch den anderen Spalt. Viele Teilchen nacheinander durchgeschickt erzeugen auf dem Schirm ein Interferenzmuster, s. Abb. 3 in dem verlinkten Artikel.

Versucht man durch raffinierte Anordnungen herauszufinden, durch welchen Spalt das Teilchen geht, dann verhält es sich am DS tatsächlich als Teilchen und es ergibt sich das klassische Bild Abb. 2.

Unabhängig davon, wie man das Experiment durchführt (Welle oder Teilchen), wird das Quantenobjekt an einem bestimmten Ort auf dem Schirm registriert, manifestiert sich also als Teilchen. Das hat also nichts damit zu tun, ob je nach Anordnung Interferenz stattfindet oder nicht.

Gruß, Timm
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Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus

Ge?ndert von Timm (03.05.15 um 16:48 Uhr)
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  #8  
Alt 03.05.15, 17:10
Enkelin Enkelin ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Schickt man ein Teilchen durch den Doppelspalt, so verhält es sich wie eine Welle. Es geht nicht durch den einen oder durch den anderen Spalt.
Aha, aber wenn es sich wie eine Welle durch den Doppelspalt bewegt, dann müsste doch hinterher ein Interferenzmuster erscheinen. Also nicht erst nachdem man viele Teilchen durchgeschickt hat. Die einzelne Wasserwelle erzeugt ja auch sofort ein solches Muster. Das ist es, was ich nicht verstehe.

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Versucht man durch raffinierte Anordnungen herauszufinden, durch welchen Spalt das Teilchen geht, dann verhält es sich am DS tatsächlich als Teilchen und es ergibt sich das klassische Bild Abb. 2.
Ja, genau. Immerhin das steht hier außer Frage.

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Unabhängig davon, wie man das Experiment durchführt (Welle oder Teilchen), wird das Quantenobjekt an einem bestimmten Ort auf dem Schirm registriert, manifestiert sich also als Teilchen. Das hat also nichts damit zu tun, ob je nach Anordnung Interferenz stattfindet oder nicht.
Auch das leuchtet mir ein. Eben drum hatte ich ja im Eingangspost gefragt, ob es nicht so ist, dass erst alle Teilchen zusammen als Welle fungieren. Eine in der Zeit auseinander gezogene Welle sozusagen, da das Interferenzmuster ja erst nach und nach entsteht.

Aber bevor ich noch einen Knoten ins Hirn bekomme, mach ich erst mal Schluss für heute. Vielen Dank an alle für Eure Bemühungen.

Die Enkelin
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  #9  
Alt 03.05.15, 18:53
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Fragen zum Doppelspaltexperiment

Zitat:
Zitat von Enkelin Beitrag anzeigen
Aha, aber wenn es sich wie eine Welle durch den Doppelspalt bewegt, dann müsste doch hinterher ein Interferenzmuster erscheinen. Also nicht erst nachdem man viele Teilchen durchgeschickt hat. Die einzelne Wasserwelle erzeugt ja auch sofort ein solches Muster. Das ist es, was ich nicht verstehe.
Die Interferenz ist ein Phänomen des einzelnen Teilchens. Für jedes Teilchen gibt es eine Wahrscheinlichkeit, wo auf dem Schirm es registriert wird. Schickt man viele Teilchen durch den DS, dann findet man sie vermehrt dort, wo die Wahrscheinlichkeit höher ist. Insofern ist das langsam entstehende Interferenzbild auf dem Schirm ein kollektives Phänomen.
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Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #10  
Alt 03.05.15, 19:25
Slash Slash ist offline
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Standard Was löst eine "Messung" aus?

Im Zuge meiner Antwort an Enkelin kam mir die Frage, was eigentlich die Messung auslöst bzw. in ihrem Kern ausmacht?

So lange das Elektron ungemessen ist - in Ordnung, aber was geschieht eigentlich bei (oder kurz vor) der Messung?

Ist es bspw. beim Schirm so, dass dort andere Teilchen / Elektronen bzw. Felder sind, die die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Elektron offenbart "in die Höhe treiben"?

Umgekehrt könnte man auch fragen, was beim Doppelspalt passiert - sind dort die Verhältnisse (durch andere Teilchen wie Atome bzw. elektr.magn. Felder) so, dass die Wahrscheinlichkeitswelle beeinflusst wird und eben dort, wo keine Schlitze sind sagt, "nein da halt ich mich besser fern von" bzw. sind es die Wahrscheinlichkeitswellen eben der (Metall-)atome, die die Wahrscheinlichkeitswelle unseres Elektrons davon "fernhalten" bzw. abschwächen?



VG
Slash
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