Interferenz am Doppelspalt

toast · Anmeldungsdatum: 06.07.2007 Beiträge: 37

Man sagt ja, dass ein photon mit sich selber interferiert.
Meine Frage nun: Kann mir das jemand mal veranschaulichend erklären?

Wie soll das funktionieren? Ein photon kann doch nicht ein interferenzmuster bilden. Es kann doch nicht gleichzeigtig durch beide Spalten.

Bei Wellen ist es ja so, dass wenn eine welle auf einen doppelspalt trifft dass sich zwei neue wellen bilden und diese beiden neuen wellen hinter den Spalten destruktiv und konstruktiv interferrieren = es entsteht ein Interferenzmuster.
Aber bei Teilchen kann ich mir das nicht erklären. Kann mir da jemand helfen?

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Naja, du kannst ein Photon eben auch als Welle betrachten.
Aber ich glaube die Erklärung reicht dir nicht, da du ein Teilchen nicht als Welle betrachten willst, was ich verstehe.

Da kann glaub ich nur die Q.D. (die Quantenelektrodynamik) helfen.

Als Buch dazu würde ich dir "Richard P. Feynman, QED. Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie" empfehlen.

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

In wie weit kennst Du Dich denn mit der Quantenmechanik aus?

toast · Anmeldungsdatum: 06.07.2007 Beiträge: 37

Wir haben gerade den Photoeffekt, Materiewellen und die Paarbildung durchgenommen. Ich kappier auch alles.
Bei den Materiewellen ist mir klar dass durch de Broglie klar wurde, dass nicht nur Photonen Welleneigenschaften besitzen sondern auch andere Materie eine Wellenlänge besitzen, die eine Masse und eine Geschwindigkeit aufweisen können.

Nur bei der Interferenz von Photonen habe ich meine Probleme. Es gibt ja die theorie, dass ein Photon sich nicht zwischen einem Spalt entscheiden muss sondern vertikal und horizontal ausgerichtet ist und es somit kein Problem für das Photon ist mit sich selber zu interferieren.

Ich verstehe einfach nicht, wie es ein Teilchen schafffen kann ein ganzes Interferenzmuster zu bilden.

mitschelll · Anmeldungsdatum: 06.12.2007 Beiträge: 362

Das Problem der fehlenden Anschaulichkeit ist ein grundsätzliches Problem in der QM. Man muss sich klar machen, dass die QM eine Theorie ist. In dieser Theorie werden Teilchen (einschließlich Photonen) durch Wellenfunktionen beschrieben. Die Theorie funktioniert auch hervorragend innnerhalb seiner Grenzen und ist heute Grundlage unserer Technologie.

Man muss aber unterscheiden zwischen der Beschreibung von Vorgängen duruch die Theorie und den realen Vorgängen, die sich in der Natur abspielen. Das heißt, niemand weiß wirklich, was ein Photon ist. Sie werden zwar durch Wellen oder allgemeiner Felder beschrieben, aber wirklich gesehen hat ein Photon noch niemand. Somit kann man auch nicht sagen, was das Photon macht, wenn es durch die Spalte tritt. Man kann nur vorhersagen (das leistet die Theorie), was man am Ende beobachten wird. Die Größen, die man mit der Theorie berechnen kann, nannte Heisenberg "Observable".
Damals, in den Anfängen der QM, mussten die Physiker denselben Prozess durchmachen wie Du gerade. Man musste akzeptieren, dass es innerhalb der QM sinnlose Fragen gibt, z.B. die nach dem "Aussehen" eines Photons.

Viel verrückter wirds aber, wenn man Teilchen mit Masse zur Interferenz bringt, z.B. Elektronen. Diese werden zwar durch eine Welle beschrieben, haben aber eine Masse. Man kann sich nun fragen, wie sich die Masse "verteilt". Ist die Masse gleichmäßig über den Raum verschmiert? Oder ist die Welle masselos?
Warum mißt man aber, wenn man ein Elektron nachweißt, das Elektron immer instantan (im selben Augenblick) als Ganzes, wo doch das Elektron eine Welle ist und über den gesamten Raum verteilt sein müsste. Was passiert mit der Welle? Bricht sie im Moment der Messung zusammen?

Das sind alles Fragen, die bis heute nicht beantwortet sind. Das Stichwort hier lautet "Kopenhagener Deutung". Bohr und Heisenberg, die die QM wesentlich mitentwickelt haben, haben sich 1927 in Kopenhagen auf eine Sichtweise der QM geeinigt. Sie sagten, die Welle, die das Teilchen beschreibt, liefert innerhalb der Theorie die Wahrscheinlichkeit das Teilchen an einem Ort zu messen. Aber: Diese Welle ist nicht real. Sie ist ausschließlich Teil der Theorie.

Man muss also akzeptieren, dass sich Quantenteilchen völlig anders verhalten und völlig anders "beschaffen" sind und wir uns das mit unserem Gehirn, dass auf unsere klassische Welt getrimmt ist, nicht vorstellen können.

Diese Fragen werden z.T. auch kontrovers diskutiert. Neben der Kopenhagener Deutung gibt es auch andere Sichtweisen. Diese Deutung ist sozusagen nur der "Mainstream-Glaube". Selbst die QM selber ist nicht unumstritten (allerdings ist der Anteil der Physiker, die ernsthaft an der QM zweifeln, verschwindend gering).

toast · Anmeldungsdatum: 06.07.2007 Beiträge: 37

k, dass heißt also Teile in der Quantenmechanik lassen sich nicht verstehen und man muss sie einfach so hinnehmen.

Danke für deine Hilfe

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788