Warum das Interferenzmuster im Doppelspaltversuch

[SuperpositionSimon]

Hallo ich bin der neue hier . Nach der Berechnung einer sehr originellen Aufgabe habe ich mich erfolgreich registriert und freue mich über konstruktive Diskussionen zur verrückten Quantenwelt. Meine Motivation ist es der Frage nachzugehen, ob die Welt, die wir als real betrachten so real ist, wie sie zu sein scheint . Mein Anspruch ist es aber immer Thesen wissenschaftlich zu be- oder widerlegen.

Eine der vielen Fragen, die ich habe, möchte ich an dieser Stelle gleich als erstes diskutieren:

Warum zeigt sich beim Doppelspaltversuch ohne Beobachtung ein Interferenzmuster und keine zwei Streifen?

Ich habe den Doppelspaltversuch höchstpersönlich Zuhause ausprobiert und sehe ein Interferenzmuster. Wenn sich das Photon als Welle und als Teilchen verhalten kann, warum verhält es sich im Doppelspaltversuch als Welle? Gibt es irgendeinen Grund, dass es sich als Welle verhalten muss und nicht als Teilchen verhalten darf?
Ich finde aktuell nur Gründe warum sich das Photon als Teilchen verhalten müsste (bsp. Wechselwirkung mit Luftmolekülen etc.), aber keine Gründe, warum es sich als Welle verhalten muss...

Mein hoch gestecktes Ziel ist es, den Wellenkollaps auch in der Makrowelt zu beobachten. Daher muss ich jetzt erst mal klären, warum es überhaupt ein Interferenzmuster im Doppelspaltversuch gibt .
Ich freue mich auf eure Antworten.

[Bernhard]

Hallo Simon,

welche Vorkenntnisse bringst du denn mit? Du solltest wissen, dass sich Quantensysteme exakt weder wie ein klassisches Teilchen, noch wie eine klassische Welle verhalten.

In der Quantenmechanik spielt dagegen die Wellenfunktion eine wichtige Rolle und zwar mit ganz unterschiedlichen Darstellungen, wie zB im Ortsraum, Impulsraum, Energieraum usw.. Mit ihr kann man statistische Aussagen über das System und deren Messwerten machen.

[SuperpositionSimon]

Naja im Doppelspaltversuch verhält sich doch das Licht wie eine Welle sofern man nicht schaut, durch welchen Spalt das Photon geflogen ist und wie ein Teilchen sobald man eine Messung daran durchführt. Ich finde den Versuch deshalb so faszinierend, da es der einzige Versuch ist den ich kenne, in dem man die Superposition sichtbar machen kann. Falls ihr noch mehr Versuche kennt, gerne her damit.
Würde es in dem Versuch einfach immer nur zwei Streifen auf der Projektionsfläche geben, wäre der Versuch kaum so berühmt. Aber zum Glück gibt es das Interferenzmuster. Die Frage ist nur, warum????

[Bernhard]

Zitat von SuperpositionSimon

Ich finde den Versuch deshalb so faszinierend, da es der einzige Versuch ist den ich kenne, in dem man die Superposition sichtbar machen kann. Falls ihr noch mehr Versuche kennt, gerne her damit.

Den Doppelspalt würde ich entweder mit den Regeln der Optik (huygenssches Prinzip) oder mit der zeitabhängigen Schrödingergleichung beschreiben. Superposition wird da eigentlich nicht benötigt.

Ein Beispiel, wo Superposition eine wichtige Rolle spielt, sind die Qubits beim Quantencomputer. Die Eigenzustände des Spin-Operators in z-Richtung sind Superpositionen der beiden Zustände des Spin-Operators in x- oder in y-Richtung.

Die Frage ist nur, warum????

Warum-Fragen werden nicht unbedingt von Physikern beantwortet. Physiker wollen ein funktionierendes Modell, das korrekte Vorhersagen machen kann. Das Warum kommt erst viel später.

[TomS]

Zitat von Bernhard

Den Doppelspalt würde ich entweder mit den Regeln der Optik (huygenssches Prinzip) oder mit der zeitabhängigen Schrödingergleichung beschreiben. Superposition wird da eigentlich nicht benötigt.

Natürlich benötigst du die Superposition.

Das huygenssche Prinzip besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle betrachtet werden kann. Im vorliegenden Fall betrachtest du die beiden von den Spalten ausgehenden Zylinderwellen als Elementarwellen und erhältst durch deren Superposition das Interferenzmuster.

Wie sonst?

Hier einige sehr schöne Darstellungen: https://de.m.wikibooks.org/wiki/Phys...renzphänomene

[Bernhard]

Zitat von TomS

Im vorliegenden Fall betrachtest du die beiden von den Spalten ausgehenden Zylinderwellen als Elementarwellen und erhältst durch deren Superposition das Interferenzmuster.

Beim huygensschen Prinzip verwendet man eine gewöhnliche Addition elektromagnetischer Felder. Man findet in dem Link deshalb auch nicht den Begriff der Superposition.

Der Bezug zu quantemechanischen Zuständen mit Superposition wird hier nicht zwingend benötigt.

[sirius]

Zitat von SuperpositionSimon

Naja im Doppelspaltversuch verhält sich doch das Licht wie eine Welle sofern man nicht schaut, durch welchen Spalt das Photon geflogen ist und wie ein Teilchen sobald man eine Messung daran durchführt. Ich finde den Versuch deshalb so faszinierend, da es der einzige Versuch ist den ich kenne, in dem man die Superposition sichtbar machen kann. Falls ihr noch mehr Versuche kennt, gerne her damit.
Würde es in dem Versuch einfach immer nur zwei Streifen auf der Projektionsfläche geben, wäre der Versuch kaum so berühmt. Aber zum Glück gibt es das Interferenzmuster. Die Frage ist nur, warum????

Mir drängt sich die Frage auf, inwieweit Quantenverschränkung bei diesem Versuch eine Rolle spielt.
Vielleicht kann mir das ja jemand beantworten, der Physik studiert hat und sich damit auskennt….

[Bernhard]

Hallo sirius,

Zitat von sirius

Mir drängt sich die Frage auf, inwieweit Quantenverschränkung bei diesem Versuch eine Rolle spielt.

Quantenverschränkung spielt bei diesem Versuch für den Anfang ebenfalls keine wesentliche Rolle.

Es geht eher um Statistiken, Interferenz und Wellenausbreitung, bzw. Welleninterferenz. Letzteren Aspekt kann man auch an einem möglichst ruhigen See mit zwei Steinen nachbilden, die man gleichzeitig in's Wasser fallen lässt.

[sirius]

Zitat von Bernhard

Hallo sirius,


Quantenverschränkung spielt bei diesem Versuch für den Anfang ebenfalls keine wesentliche Rolle.

Es geht eher um Statistiken, Interferenz und Wellenausbreitung, bzw. Welleninterferenz. Letzteren Aspekt kann man auch an einem möglichst ruhigen See mit zwei Steinen nachbilden, die man gleichzeitig in's Wasser fallen lässt.

Es ist mir schon klar, daß es um Interferenzen geht, die dann eben auch durch die Überlagerung zur Auflösung oder Auslöschung der Welle führen.
Grundsätzlich ist es aber doch so, daß Quanten verschränkt sind. Muß dann nicht auch noch ein weiterer Effekt, wo oder wie auch immer auftreten?

[TomS]

Zitat von Bernhard

Beim huygensschen Prinzip verwendet man eine gewöhnliche Addition elektromagnetischer Felder. Man findet in dem Link deshalb auch nicht den Begriff der Superposition.

Doch.

Zitat von Bernhard

Der Bezug zu quantemechanischen Zuständen mit Superposition wird hier nicht zwingend benötigt.

Das hat auch niemand behauptet.

https://de.wikipedia.org/wiki/Superposition_(Mathematik)
Unter dem Superpositionsprinzip versteht man in der Mathematik eine Grundeigenschaft homogener linearer Gleichungen, nach der alle Linearkombinationen von Lösungen der Gleichung weitere Lösungen der Gleichung ergeben.

https://de.wikipedia.org/wiki/Superposition_(Physik)
Unter Superposition versteht man in der Physik eine Überlagerung gleicher physikalischer Größen gemäß den Regeln einer Superposition in der Mathematik. Das Prinzip lässt sich in vielen Bereichen der Physik und für verschiedene Größen nutzen. So werden etwa in der linearen Wellentheorie Amplituden an einem Ort zu einem Zeitpunkt überlagert, um Interferenzmuster zu erklären ... So können sich beispielsweise mehrere elektromagnetische Wellen gegenseitig überlagern, wodurch sich ihre Amplituden zur gleichen Zeit an manchen Punkten gegenseitig verstärken und an anderen gegenseitig abschwächen.