asymmetrisches Doppelspaltexperiment

[wusel]

Hallo behdahh,

Messe ich keinen Laufzeitunterschied so hat sich das Photon am längeren Weg wohl mit überlichtgeschwindigkeit bewegt ...

... oder das mit dem kürzeren Weg hatt nur den vermeintlich kürzeren Weg genommen.

Wellenbetrachtung:
Laufzeitunterschied = Phasenverschiebung = Inteferenz

kein Laufzeitunterschied, keine Inteferenz.

(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.

gleiche Laufzeit = keine Inteferenz

Wird hingegen sehr wohl eine Laufzeitunterschied gemessen, so ist das ein Widerspruch gegen die QT aus der ja hervorgeht, daß eine Feststellung durch welchen Spalt das Photon gegangen ist nicht möglich ist, ohne die Interferenz zu zerstören.

Ja nun, durch welchen Spalt ist denn das Photon mit der längeren Laufzeit gegangen ???

Ein Photon im Spalt ist fifti, fifti Ortsunscharf und Impulsunscharf, es kann sich vom rechten Spalt zum linken zum mittleren oder zum rechten Detektor bewegen ... ein Photon ist keine Gewehrkugel.

Hast Du Dir schon einmal überlegt, warum ein Lichtstrahl auf dem Schirm nach einem Einfachspalt so ein diffuses, schwammiges Muster erzeugt ?
Eigentlich sollte doch nur ein Lichtpunkt zu sehen sein. Ein richtiger Schütze trifft durch so einen Spalt mehrmals in das gleiche Ziel (Loch) ?

na bis denne, wusel

[MCD]

Zitat von behdahh

Sorry für die verspätete Antwort - bin gerade aus dem Urlaub zurück.

@mcd:

Das habe ich glaube ich schon oben beschrieben, aber ich versuch's nochmal:
Zunächst baue ich das Experiment mal völlig ohne "Hindernis" (also ohne Doppelspalt) auf - nur Quelle und Detektor alles auf gerader Linie angeordnet. Hinter meienm Detektorschirm habe ich eine Photozelle angebracht, welche das Aufblitzen des Photons am Detektorschirm registriert (man kann natürlich auch gleich auf den Schirm verzichten und eine Wand von Photozellen benützen). Ein supergenauer Schalter aktiviert nun meine Photonenquelle. Dieser Zeitpunkt wird exakt protokolliert. Die Photozelle am anderen Ende wird nun irgendwann ein Signal geben. Auch dieser Zeitpunkt wird exakt protokolliert. Nun weiß ich, wie lange ein Photon vom einschalten des Emmitters bis zum Detektor benötigt.
Als nächstes baue ich das Doppelspaltexperiment wie oben beschrieben auf und ballere mit der Einzelphotonenqeulle drauf los - der Start- und Detektionszeitpunkt wird jeweils wiederum genau protokolliert. Da ein Photonenweg länger ist als der andere, wird ein Photon mehr zeit benötigen als das Photon welches den kürzeren Weg nimmt. Auf diese Weise benötige ich keine Messung am Spalt (was wie wir alle wissen die Interferenz zerstört) um herauszufinden welches Photon durch welchen Spalt gegangen ist.

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.

Wird hingegen sehr wohl eine Laufzeitunterschied gemessen, so ist das ein Widerspruch gegen die QT aus der ja hervorgeht, daß eine Feststellung durch welchen Spalt das Photon gegangen ist nicht möglich ist, ohne die Interferenz zu zerstören. (das klärt glaube ich auch die Frage von MCD: wenn ich einen Laufzeitunterschied messe bedeutet das ja, daß ich weiß durch welchen Spalt das Photon gegangen ist)

Also zunächst wäre mal zu klären was passieren wird (messe ich einen Laufzeitunterschied oder nicht). Ich erkläre dann auch gerne noch mal lang und bereit was die implikationen davon sind - und bekomm' doch noch meinen Nobelpreis

lg,
Behdahh

Hi Behdahh

habe das Gefühl, wir reden irgendwie aneinander vorbei...
Die Laufzeit über die Gesamtstrecke (Quelle -> Schirm) wird immer die gleiche sein (abgesehen von Messungenauigkeiten), dabei ist es völlig wurscht, wie unterschiedlich die Entfernungen der Spalten zur Emissionsquelle sind!
Vor dem DS sowie am/hinter dem DS ist Wellen- und kein Teilchenzustand, sonst könnte ein Teilchen (Quant etc.) nicht beide Spalten gleichermaßen passieren, ergo kann auch kein Laufzeitunterschied feststellbar sein.

Offenbar sind Sie der Meinung, das ein Teilchen sich am DS in zwei Teilchen aufteilt -oder nur einen Spalt passiert und interferiert-, aber dem ist nicht so! Vereinfacht handelt es sich um eine Welle vor und immer noch die gleiche eine Welle -allerdings entspr. phasenverschoben (s. Wusels Beitrag)- hinter dem DS.

Also wie soll dabei ein Laufzeitunterschied auftreten, der wäre allenthalben am Spalt messbar (=> no IF), dahinter kommt alles gleichzeitig am Schirm an, egal wie versetzt die Spalten zur Quelle sind.

=> wohl doch nur der KNobelpreis

Gr.
MCD

[behdahh]

Erstamal danke für die Antworten . Leider kommt es mir auch langsam vor, als würden wir (@MCD, @Wusel) wirklich aneinander vorbeireden. Bitte nehmt Euch die zwei Minuten zeit und lest meinen Experiment-Vorschlag oben nochmal durch, das dürfte einiges klären.
Das Experiment wird mit einer *Einzelphotonenquelle* durchgeführt. Das einzige was also interferieren kann, ist wie Wahrscheinlichkeitswelle (lt. kopenhagener Deutung) oder parallele Welten oder was immer ihr bevorzugt. Es wird also ein paar tausend mal mit genau einem Photon auf den Spalt geschossen und jedesmal die Laufzeit gemessen.

Offenbar erwarten alle hier trotz der Laufzeitmessung als Ergebnis keine Auslöschung der Interferenz - ich bin auch dieser Meinung. Obwohl das Photon ortsunscharf ist, kann man die Laufzeit ziemlich exakt bestimmen (siehe meine Erklärung zur Messung weiter oben).
Nun zur eigentlichen Fragestellung: Licht, so nehme ich an, bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit (oder "scheinbar" weniger wenn in einem Medium bla bla... - nehmen wir an wir seien im Vakuum). Nun hat in unserem Experiment aber ein Photon defnitiv einen längeren Weg als das andere zurückzulegen. Wenn sich keines der Photonen mit überlichtgeschwindigkeit bewegt (nochmal: wir verwenden eine Einzelphotonenquelle) müssen die Photonen unterschiedliche Laufzeiten aufweisen. Das mit der längeren Laufzeit hat also den längeren Weg genommen, und somit ist eindeutig bestimmt, welchen Spalt es durchlaufen hat.
Allerdings bin ich auch der Meinung von MCD, daß die Wahrscheinlichkeitswelle so "schlau" ist, dies zu berücksichtigen und daß die Photonen immer die gleiche Laufzeit aufweisen werden. Ergo bleibt die Unsicherheit, durch welchen Spalt das Photon gelaufen ist, erhalten, aber 50% der Photonen hätten sich mit überlichtgeschwindigkeit bewegen müssen um die gleiche Laufzeit zu erreichen (nämlich jene die die längere Stecke zu absolvieren hatten). Da das Photon ja ortsunscharf ist , und man es nicht dabei beobachten kann, wie es sich mit überlichtgeschwindigkeit bewegt, entspricht das perfekt der QT - und stellt somit überhaupt kein Problem dar. Dennoch wäre gezeigt, daß sich das Photon mit überlichtgeschwindigkeit bewegt haben *muß*.

Hier noch einige Erklärungen:
@Wusel:

gleiche Laufzeit = keine Inteferenz

Also das sehe nun überhaupt nicht so. Wenn der Doppelspalt exakt mittig positioniert ist sind die Laufzeiten ja auch exakt gleich und trotzdem tritt Interferenz auf. Wirf' zwei Steine gleichzeitig ins Wasser und Du hast den selben Effekt.

@MCD:

Offenbar sind Sie der Meinung, das ein Teilchen sich am DS in zwei Teilchen aufteilt -oder nur einen Spalt passiert und interferiert-

Nein, ich betrachte das Photon weder als Teilchen noch als Welle, da das wie wir alle wissen gerade beim Doppelspaltexperiment zu nichts führt. Ich betrachte das als Wahscheinlichkeitswelle die immer beide spalten passiert (oder wie Feynman sagen würde "alle möglichen Wege berücksichtigt") und somit auch beim beschuß mit einzelenen Photonen hintereinander ein Interferenzmuster erzeugt.

PS (offtopic): Ich bin davon ausgegengan, daß in diesem Forum das "Du"-Wort gilt. Sollte ich hier falsch liegen, möge man mir dies mitteilen, ich will nicht Respektlos erscheinen.

lg,
Behdahh

[Uranor]

Zitat von behdahh

Da das Photon ja ortsunscharf ist , und man es nicht dabei beobachten kann, wie es sich mit überlichtgeschwindigkeit bewegt, entspricht das perfekt der QT - und stellt somit überhaupt kein Problem dar. Dennoch wäre gezeigt, daß sich das Photon mit überlichtgeschwindigkeit bewegt haben *muß*.

moin,

wieso? Hat sich das Photon selbst überholt? Es stammt aus einer Quelle und interferiert an einem Schirm. Unterwegs ging es durch einen asymmetrischen Schlitzaufbau.

Bringt es nun was, beide Spalten dicht zu machen, nachdem die vordere Wahrscheinlichkeit den Doppelspalt passiert hat? Wieso sollte die 2. Wahrscheinlichkeit der ersten zeitlich nachlaufen? Beide Wahrscheinlichkeiten stammen doch von der gleichen Quelle.

Tatsächlich sind beide Wahrscheinlichkeiten ortsverschmiert. Für beide lässt sich der Ort also nur superpositionieren. Das gilt ab Photonenquelle, also auch für jeden Spalt und auch für den Schirm.

Hmm. Seht ihr das anders? Dann kann ich das erst mal nicht nachvollziehen.

PS (offtopic): Ich bin davon ausgegengan, daß in diesem Forum das "Du"-Wort gilt. Sollte ich hier falsch liegen, möge man mir dies mitteilen, ich will nicht Respektlos erscheinen.

Wir arbeiten hier mit dem "Du"-Wort. @MCD wählt halt das Sie. Ihm sind aber beide Anreden OK. ... Hmm, ist halt so. Genau wie Sol grinst, auch wenn wir das Bällchen nicht sehen.

Gruß Uranor

[behdahh]

@Uranor:

wieso?

Weil es den längeren Weg in der selben Zeit zurückgelegt hat. Natürlich sind die Photonen ortsverschmiert und ich kann nicht feststellen durch welchen Spalt die Photonen gelaufen sind - doch das muß ich auch gar nicht: 50% der Photonen werden den oberen Spalt und 50% den unteren wählen (so will es die Wahrscheinlichkeit). Da beide sie selbe Zeit benötigen, haben 50% der Photonen die längere Strecke in der selben Zeit absolviert wie die anderen - ergo muß deren Geschwindigkeit höher gewesen sein.
lg,
Behdahh

[Uranor]

Zitat von behdahh

Weil es den längeren Weg in der selben Zeit zurückgelegt hat. Natürlich sind die Photonen ortsverschmiert und ich kann nicht feststellen durch welchen Spalt die Photonen gelaufen sind - doch das muß ich auch gar nicht: 50% der Photonen werden den oberen Spalt und 50% den unteren wählen (so will es die Wahrscheinlichkeit). Da beide sie selbe Zeit benötigen, haben 50% der Photonen die längere Strecke in der selben Zeit absolviert wie die anderen - ergo muß deren Geschwindigkeit höher gewesen sein.

salve Behdahh,

du gehst hier von einer nicht überprüften Annahme aus. Wenn die Gesamtwege unterschiedlich lang sind, kann/will ich nicht a priori annehmen, die Laufzeiten über beide Wege wären gleich. Woher nimmst du die Information?

Für so ein Photon stellt der Doppelspalt eine Gesamtsituation dar. Nun feuert man in solchen Abständen, dass sich zu jeder Zeit nur 1 Photon auf der Strecke befindet.

a) Nun sage ich vorher, statistisch jedes 2. Photon wäre länger unterwegs als statistisch jedes 1. ---

Jau, das war die Vorhersage. Ich hätte auch b) wählen können. Max nix. Jetzt ist das Expiriment gefragt. Vor dessen Auswertung ist keine Aussage mehr sinnvoll.

Gruß Uranor

[behdahh]

@Uranor:
Danke für die schnelle Antwort. ja, das sehe ich genauso - man sollte echt mal so ein Experiment machen und sehen was rauskommt. Man stelle sich vor man würde wider unseren Erwartungen hier einen Laufzeitunterschied messen - wäre doch echt sensationell und sicherlich mal ein Experiment wert.
Also an alle die eine Einzelphotonenquelle im Keller haben: Bitte probiert das mal aus!
lg,
behdahh

[Uranor]

Zitat von behdahh

Danke für die schnelle Antwort. ja, das sehe ich genauso - man sollte echt mal so ein Experiment machen und sehen was rauskommt. Man stelle sich vor man würde wider unseren Erwartungen hier einen Laufzeitunterschied messen - wäre doch echt sensationell und sicherlich mal ein Experiment wert.
Also an alle die eine Einzelphotonenquelle im Keller haben: Bitte probiert das mal aus!

moin behdahh,

ich musste noch mal über c nachdenken. Wieso sollte speziell hier die RT nicht gelten? Signale werden über eine geometrische Entfernung gemessen. Nach Spalt-Expirimenten hätten wir das Superluminale Tunneln. Und bei kohärenten Situationen wird auch immer wieder gezeigt, dass die RT gilt.

c ist c bleibt c. Schneller als td=0? Für negative Werte besteht keine Theorie. Chaos-kausale t-Invarianz würde ohne Ursache über Energie verfügen. Ich denke, die Energieerhaltung wäre nicht erlaubt unscharf sondern gebrochen. Wir hätten Magie.

Ich finde auch, all die Lustigkeiten sollen immer wieder überprüft werden.

Gruß Uranor

[behdahh]

boah ! Wußte gar nicht daß es schon einen Begriff und auch ein nettes Experiment dazu gibt...ja Superluminales Tunneln, das is es (sofern bei unserem Experiment kein Laufzeitunterscheid gemessen wird, aber das erwarten wir ja ohnehin alle). Daß eine Informationsübertragung mit Überlicht damit möglich wäre kann man ohnehin ausschließen, weil wir ja viele Photonen nacheinander messen müssen und das verdammt viel Zeit in Anspruch nimmt , also kein Widerspruch zur RT oder dem beschriebenen Experiment (Ninitz bzw. Chiao). Danke für diesen Super Link - das ist eine echte Wissens-Erweiterung für mich!
Besonders interessant finde ich:

Auch [SKC93] maßen Maximageschwindigkeiten, die größer als die Lichtgeschwindigkeit waren, hielten sich aber bei der Interpretation ihrer Ergebnisse deutlich zurück.

Leider reichen meine Fachkenntnisse nicht aus um ganz zu verstehen was damit von Dir gemein ist:

...Schneller als td=0? Für negative Werte besteht keine Theorie. Chaos-kausale t-Invarianz würde ohne Ursache über Energie verfügen...

Ich glaube, daß die RT hier gar nicht so sehr zum Zug kommt, da mich ja nicht die "absoluten" Laufzeiten interessieren sondern eher ein Laufzeitunterschied - und die Laufzeit eines Lichtstrahls bzw. Photons (man könnte das Experiment ja auch mit Elektronen durchführen, die sind wesentlich langsamer als c) ist ja recht gut messbar. Die Beobachterplätze sind auch identisch also sehe ich nicht ganz wo die RT greifen sollte. Wenn c=c bliebe, dann müßte ja ein Laufzeitunterschied feststellbar sein, weil die Strecken unterschiedlich Lang sind (Das Licht von der Sonne braucht ja auch länger um zu uns zu gelangen als das vom Mond). Falls das lediglich bedeuten sollte, daß eine Information nicht mit >c übertragen werden kann, so gebe ich dir natürlich sofort recht, das kommt hier ja gar nicht in Frage, weil wir ja wie gesagt mehrere Photonen nacheinander einzeln messen müssen und das Ergebnis statistischer Natur ist.
Also c != c (soll "ungleich" heißen) bzw. c1>c2 ist schon auch möglich und messbar aber eben nicht "nutzbar" - denke ich zumindest und Dein Link scheint das auch sehr schön zu bestätigen.
Mein Experiment erscheint mir vom Aufbau her allerdings wesentlich einfacher als die beschriebenen und würde die "Merkwürdigkeiten" der QT sehr schön und logisch nachvollzeihbar darlegen und vor allem auch bestätigen.
Vor allem würde mich nach wie vor interessieren ob die Wahrscheinlichkeitswelle nicht vielleicht doch schlauer ist als angenommen und die Laufzeitmessung von "einzelteilchen" mit einem Verschwinden des Interferenzmusters "bestrafen" würde.
Den Nobelpreis möge man mir dann per Post zusenden (oder zumindest das Experiment nach mir benennen )

[Uranor]

Zitat von behdahh

Leider reichen meine Fachkenntnisse nicht aus um ganz zu verstehen was damit von Dir gemein ist:

Ach was, wenn ich Mathematiker bin, ist ein Fahrrad ein Minotaure. Das Zitat meint einfach folgendes:
wenn (v==c)
dann dt=0;
Ein Signalobjekt "verbraucht" also keine Zeit.

Jutsel. Nun habe ein Signal v=320.000 km/sec². Damit wäre die Weltlinie negativ. Das Signal würde sich selbst überholen. Eine Detektierung würde vor der Emission stattfinden. Das Kausalprinzip wäre umgekehrt. - Aber wie gesagt, reine nutzlose Überlegung. Eine Theorie besteht für so etwas nicht. Sie kann es nicht geben, denn mangels Möglichkeit wäre sowas nie falsifizierbar.

Ich glaube, daß die RT hier gar nicht so sehr zum Zug kommt, da mich ja nicht die "absoluten" Laufzeiten interessieren sondern eher ein Laufzeitunterschied

Ist klar. Und gerade hier will ich definitiv keine Prognose wagen. Sie wäre weniger als aus dem hohlen Bauch. Wir haben es mit einer Wellenfunktion zu tun. Das hat offenbar mir Wegen ala unsere mechanischen Vorstellungen nix zu tun. Ich komm auch immer mehr davon ab, mir ein Bild machen zu wollen. Das weitere Verständnis wird sehr viel verschiedene Arbeit benötigen.

daß eine Information nicht mit >c übertragen werden kann, so gebe ich dir natürlich sofort recht, das kommt hier ja gar nicht in Frage, weil wir ja wie gesagt mehrere Photonen nacheinander einzeln messen müssen und das Ergebnis statistischer Natur ist.

Noch "schlimmer". Es ist Signal, ein massefreies Boson. Es hat c oder ist nicht. Denn Trägheit gibt es ja nicht. Es geht also auch nicht, dass ein Photon "langsamer" als c wäre. Ein Wegunterschied wird einen Laufzeitunterschied verursachen. Wie verhält sich nun eine Wellenfunktion?...

Also c != c (soll "ungleich" heißen) bzw. c1>c2 ist schon auch möglich und messbar aber eben nicht "nutzbar" - denke ich zumindest und Dein Link scheint das auch sehr schön zu bestätigen.

Oh ja, c != c; ist als Ausdruck bekannt, wird in der Informatik genutzt. Ich denke an sowas gar nicht mehr. Es geht doch nicht. Unsere Optik ist bosonisch, unsere Erfahrung ist leptonisch. Beides ist absolut verschieden.

Dein Experiment-Aufbau ist interessant. Ich hatte mich mit Echo auch sehr zurückgehalten. Was ich beitragen könnte, weißt du allemal. Warten wir ab, was Spezialisten in der Kellerbar rausbekommen.

Gruß Uranor