asymmetrisches Doppelspaltexperiment

behdahh · #1 26.06.08, 23:35

Hallo,
ich google jetzt schon seit Stunden und habe leider noch kein brauchbares Ergebnis gefunden. Ich hoffe Ihr könnt mir weiterhelfen:
Stellt Euch ein klassisches Doppelspaltexperiment vor. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Doppelspalt nicht in der optischen Achse auf die Quelle zentriert ist, sondern um ein bisschen nach oben oder unten verschoben ist, so daß sich die Laufzeiten der Photonen zwischen oberem und unterem Spalt geringfügig unterscheiden.
Meine Frage ist nun, wie sich das Muster am Schirm vom bekannten unterscheiden würde, und ob überhaupt noch Interferenz auftreten würde.
Falls jemand ein Simulationsprogramm kennt, wo man so eine Operation durchführen kann wäre ich für einen Link dankbar.
Danke für Eure Hilfe,
Behdahh

Jogi · #2 02.07.08, 14:12

Hi behdahh.

Nachdem sonst niemand hier antworten mag, erzähl' ich dir mal, was ich bei eigenen Versuchen beobachtet habe.

Hier hatte ich schon mal was dazu geschrieben.

Auch ich hab' mir überlegt, was passiert, wenn der Lichtstrahl nicht gleichmäßig durch beide Spalten tritt.
Dabei bin ich dann sogar so weit gegangen, dass ich das sichtbare Licht nur durch einen der beiden Spalte schickte.
War dabei der zweite Spalt offen, unterschied sich das IF-Muster nur unwesentlich zum beidspaltigen Lichtdurchtritt.
Es war lediglich etwas dunkler, aber dafür schärfer.

War der zweite Spalt zu, bzw. gar nicht vorhanden, sah das IF Muster deutlich anders aus:
Die Streifen waren sehr viel enger, und auch wiederum sehr scharf abgegrenzt, schärfer als beim Doppelspalt.

Deine Frage zielt auf einen zeitlich versetzten Durchtritt der Photonen durch die beiden Spalten ab.

Um hierzu eine Aussage machen zu können, müsste man den Versuchsaufbau ändern.

Die Spalten sollten einen unterschiedlichen Abstand zur Lichtquelle haben.
Ich wage mal anzunehmen, daß sich bei einer Abstandsdifferenz die der halben Wellenlänge des Lichtes entspricht, kein IF-Muster, wie es für den Doppelspalt typisch wäre, entsteht.

Ist die Differenz nur gering, wird auch der Effekt gering sein.

Gruß Jogi

MCD · #3 02.07.08, 20:40

Zitat:

Zitat von Jogi

Hi behdahh.

Nachdem sonst niemand hier antworten mag, erzähl' ich dir mal, was ich bei eigenen Versuchen beobachtet habe.

Hier hatte ich schon mal was dazu geschrieben.

Auch ich hab' mir überlegt, was passiert, wenn der Lichtstrahl nicht gleichmäßig durch beide Spalten tritt.
Dabei bin ich dann sogar so weit gegangen, dass ich das sichtbare Licht nur durch einen der beiden Spalte schickte.
War dabei der zweite Spalt offen, unterschied sich das IF-Muster nur unwesentlich zum beidspaltigen Lichtdurchtritt.
Es war lediglich etwas dunkler, aber dafür schärfer.

War der zweite Spalt zu, bzw. gar nicht vorhanden, sah das IF Muster deutlich anders aus:
Die Streifen waren sehr viel enger, und auch wiederum sehr scharf abgegrenzt, schärfer als beim Doppelspalt.

Deine Frage zielt auf einen zeitlich versetzten Durchtritt der Photonen durch die beiden Spalten ab.

Um hierzu eine Aussage machen zu können, müsste man den Versuchsaufbau ändern.

Die Spalten sollten einen unterschiedlichen Abstand zur Lichtquelle haben.
Ich wage mal anzunehmen, daß sich bei einer Abstandsdifferenz die der halben Wellenlänge des Lichtes entspricht, kein IF-Muster, wie es für den Doppelspalt typisch wäre, entsteht.

Ist die Differenz nur gering, wird auch der Effekt gering sein.

Gruß Jogi

Hi Jogi, Hi behdahh,

wenn ich mir behdahhs Versuchsaufbau so vorstelle (einfach gesagt, Lichtquelle außermittig), würde ich sagen, wird es ein IF Muster geben, welches jenem bei Quelle genau auf der optischen Achse sehr ähnelt -ggf. würde ich ebenfalls auf leicht (je nach Exzentrizität stärker) geringere Helligkeit beim Muster tippen aber IF auf jeden Fall.

Der DS kann ja auch durch einen entspr. dünnen Pin ersetzt werden und das IF Muster wird auch beobachtet, wobei die Position der Lichtquelle hierbei m.E. keine Rolle spielt.

Anders würde es, wie von Ihnen beschrieben, aussehen, wenn einer der Spalte nach vorne bzw. hinten versetzt wäre, also die Lichtlaufzeit bis zum Spalt verschieden ist => ich denke dann gibts nur bei genau definierten Abständen das bekannte IF Muster.

Gr.
MCD

behdahh · #4 07.07.08, 21:33

Danke für Eure Antworten MCD und Jogi!

Ich bin auch der Ansicht, daß sich ein Interferenzmuster bei Verschiebung des Doppelspalts nach oben/unten ergeben müßte (bei Verschiebung nach hinten/vorne bin ich MCD's Ansicht) allerdings am Schirm etwas nach oben/unten verschoben, da die Laufzeit ja unterschiedlich ist und somit Wellentäler und -Berge anders aufeinandertreffen (aber trotzdem aufeinandertreffen, nur eben verschoben).

Der eigentliche Grund warum ich nach Eurer meinung fragte ist folgender:
Der beschriebe Versuchsaufbau wäre doch ein wunderbares Experiment zur nicht-invasiven Messung ob das Photon/elektron oder was auch immer oben oder unten durchgeht, indem man ganz einfach die Laufzeit misst.

Interessant wäre nun ob die Wahrscheinlichkeitswelle so "schlau" ist, auch hier den gesamten Versuchsaufbau zu berücksichtigen, und die Interferenz verschwindet sobald man eine Zeitmessung vornimmt. Besonders interessant ist hierbei, daß man den Zeitpunkt des "losfliegens" gar nicht zu messen braucht, sondern bereits im vorhinein bestimmen kann wieviele Nanosekunden nach dem Einschalten des Emitters ein Photon emmitiert wird. Man müßte also lediglich den Zeitpunkt der Aktivierung des Emitters aufzeichnen. Am Detektorschirm könnte man mittels einer Photodiode (unter berücksichtigung der Signallaufzeit im Detektor, Kabel usw.) exakt den Ankunftszeitpunkt ermitteln. Auch hierbei müßte man das Photon nicht "berühren" sondern lediglich den Lichtblitz beim Auftreffen auf dem Schirm detektieren. Es wäre also tatsächlich möglich ohne die Photonen selbst zu "berühren" oder deren Position oder Durchgangsweg direkt zu messen, dennoch deren Durchgangsweg festzustellen.

Würde sich die Interferenz auflösen sobald man das eintreffen bzw. lossenden der Photonen aufzeichnet, so wäre die Quantentheorie erneut auf hervorragende Weise bestätigt, allerdings würden sich dann mit diesem Versuchsaufbau interessante Experimente im Bereich der "verzögerten Entscheidung" anbieten.

Es gäbe noch ein mögliches und umso interessanteres Ergebnis bei diesem Versuchsaufbau: Es könnte sein, daß man feststellt, daß Interferenz auftritt, aber die Laufzeit aller Photonen in der Messung exakt gleich ist. Somit wäre wieder nicht feststellbar durch welches Loch das Photon geflogen ist, jedoch würde das implizieren, daß sich die Photonen kurzfristig mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen um den Laufzeitunterschied auszugleichen (eine Art zeitlicher Tunnel-Effekt). Auch diese Entdeckung, so finde ich, wäre ziemlich spektakulär.

Da ich leider weder über eine geeignete optische und messtechnische Ausrüstung, geschweige denn über eine Einzelquelle für Photonen oder Elektronen verfüge bleibt es leider nur beim Gedankenexperiment.

JGC · #5 08.07.08, 11:20

Hi..

Ich hab erst jetzt zufällig diesen Beitrag entdeckt und wollte doch auch mal was dazu loswerden..

zuerst...

So ein Doppelspalt...

Ist der in einem dünnen Blech eingearbeitet oder wie wird der Spalt an sich erzeugt?

So ein Spalt besitzt doch auch eine "Dicke"(die Materialstärke der Vorlage, in der die Spalts eingestellt/gearbeitet sind..

Kann es also sein, das die Interferenzmuster in der räumlichen Tiefe durch die jeweilige Spaltdicke beeinflusst wird?(Und außerdem, müssten das nicht longiutudinale Interferenz-Muster sein?)

So ein Lichtphoton ist doch schon sehr klein und müsste doch den Spalt als einen "Kanal" oder Schacht empfinden, an dessen Wänden es gebeugt oder auch reflektiert werden kann...

JGC

behdahh · #6 08.07.08, 17:03

Zitat:

Ist der in einem dünnen Blech eingearbeitet oder wie wird der Spalt an sich erzeugt?

Im Originalexperiment benutze Young zwei Nadelgroße Löcher in seinem Fenstervorhang soweit mir bekannt ist. Heutzutage werden die Spalten natürlich industriell gefertigt. Spalte von 0,1mm Breite herzustellen ist kein besonders großes Problem. Schwieriger wird's bei Spalten für Elektronen - die haben eine Breite im µm - Bereich.

Zitat:

Kann es also sein, das die Interferenzmuster in der räumlichen Tiefe durch die jeweilige Spaltdicke beeinflusst wird?(Und außerdem, müssten das nicht longiutudinale Interferenz-Muster sein?)

Soweit ich weiß sind die Spaltenden bei im Handel erhältlichen Laborgeräten abgeschrägt, so daß sich an der Spaltöffnung eine Dicke von nur einigen µm ergibt und somit keine zusätzlichen Beugungserscheinungen auftreten.
Licht ist eine Transversalwelle, das hat m.E. aber weniger mit der beobachteten Ausrichtung zu tun. Da die Spaltlänge >> Wellenlänge treten hier keine Interferenzmuster auf. Würde man den Spalt um 90° drehen wäre die Ausichtung des Beugungsmusters meiner Ansicht nach auch um 90° gedreht. Man muß nur aufpassen daß man nicht irrtümlich einen Polarisationsfilter baut

.

Zitat:

So ein Lichtphoton ist doch schon sehr klein und müsste doch den Spalt als einen "Kanal" oder Schacht empfinden, an dessen Wänden es gebeugt oder auch reflektiert werden kann

Entscheidend bei diesem Experiment ist m.E. die Wellenlänge des Lichts und nicht die "größe" der Photonen. Beim Doppelspaltversuch mit Elektronen, die ja eine gewisse räumliche Ausdehnung haben, werden die Elektronen auch als Welle betrachtet, deren Wellenlänge ausschlaggebend ist (wäre der Spalt keiner als ein Elektron, kämen ja keine mehr duch - ausgenommen irgendwelche Tunnel-Effekte). Ich betrachte das ähnlich wie bei einem Spiegel: Laut QED sind alle möglichen Reflexionswinkel zu betrachten, allerdings heben sich die Wahrscheinlichkeiten der Reflexion in anderen Winkeln als dem Einfallswinkel gegeseitig auf und beobachtet wird eine Reflexion gemäß Einfallswikel=Ausfallswinkel (durch kleine Rillen an den ensprechenden Stellen des Spiegels lassen sich die Wahrscheinlichkeiten so beeinflussen, daß der Spiegel in einem anderen Winkel als dem Einfallswinkel reflektiert). Wir haben es also eher mit einem statistischen Phänomen als mit Teilchen oder Wellen zu tun, was die Effekte am ohnehin "angespitzen" Spalt vernachlässigbar macht - theoretisch kann ein Photon in meinem Doppelspaltexperiment auch bei Dir zu Hause auftauchen, allerdings ist eben die Wahrscheinlichkeit eher als gering einzustufen

.

Weitere Infos zum Zusammenhang von Spaltgeometrie und Doppelspaltexperiment findest du natürlich auch unter http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment - aber eben leider nichts zur Verschiebung des Doppelspalts nach links/rechts, also dezentralen Plazierung, daher meine Frage oben.

@ Physik-Profis: Bitte auch meine Frage oben mit den möglichen Imoplikationen lesen, mich würde echt interessieren was da passieren würde.

lg,
Behdahh

criptically · #7 12.07.08, 18:22

Zitat:

Zitat von behdahh

...eine Art zeitlicher Tunnel-Effekt...

Zeitlicher Tunnel-Effekt? Wie komisch... was man so alles hier lesen kann?

Kann man da auch rückwärts fahren?

mfg

Uranor · #8 12.07.08, 21:11

Zitat:

Zitat von criptically

Zeitlicher Tunnel-Effekt? Wie komisch... was man so alles hier lesen kann?

Kann man da auch rückwärts fahren?

mfg

Im Gotthard-Tunnel? Ist meistens nicht empfehlenswert.

salve

Lorenzy · #9 29.07.08, 19:33

Zitat:

Zitat von behdahh

Interessant wäre nun ob die Wahrscheinlichkeitswelle so "schlau" ist, auch hier den gesamten Versuchsaufbau zu berücksichtigen, und die Interferenz verschwindet sobald man eine Zeitmessung vornimmt.

Hi behdahh,

Sofern ich dich richtig verstanden habe, würde ich sagen die Wahrscheinlichkeitswelle ist tatsächlich so "schlau".

hier wurde eine verzögerte Quantenwahl in der Praxis durchgeführt:
http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=8891

Deinen Überlegungen zur Überlichtgeschwindigkeit kann ich leider überhaupt nicht folgen. Kannst du mal eine Skizze machen, wie du dir das vorstellst?

Gandalf · #10 29.07.08, 21:22

Hallo!

Zitat:

Messe ich keinen Laufzeitunterschied so hat sich das Photon am längeren Weg wohl mit überlichtgeschwindigkeit bewegt (es ist aber nicht mehr feststellbar ob es das "längere" oder das "kürzere" war, weil ja alle die gleiche Laufzeit haben) und Kopenhagen bleibt gültig. Allerdings ist damit direkt bewiesen daß sich Licht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann, wenn es derart dazu gezwungen wird.

Verstehe ich überhaupt nicht. Was soll irgendein Laufzeitunterschied überhaupt mit der Entstehung des Interfenzmusters am DS zu tun haben? 'Muster' sind nichts anderes als eine statistische Zusammenfassung von Ereignissen innerhalb eines Zeitrahmens. Und der Zeitrahmen wird immer so gewählt, das die Photonen (die "Ereignisse") auf dem Schirm registriert werden. Anders würde es auch keinen Sinn machen, da das Muster dann verfälscht würde: Im Extremfall wäre der Schirm so schräg', das die Wahrscheinlichkeit für das eine Photon höher ist, den Schirm zu verfehlen, als ihn zu treffen. Das DSE und was man damit demonstrieren will, wäre damit ad absurdum geführt. - Einfach am Thema vorbei!

(Oder bringst Du etwa hier was mit 'verschränkten Photonen und der sogen. "spukhaften Fernwirkung" durcheinander?)

Grüße