Austausch zum Doppelspaltexperiment

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Hallo,
ich habe mich heute eher zufällig und aus reinem Interesse mit dem Doppelspaltexperiment beschäftigt (also so eher die Pseudowissenschaftlichen Grundlagen). Da ich kein Wissenschaftler bin, mich das aber fasziniert, suche ich jemanden der mir dazu einige Fragen beantworten kann, aber nicht copy and paste von Wikipedia sondern jemanden der das vielleicht selber schon per Experiment gemacht hat oder so.

Hoffe ich bin hier richtig mit meinem Anliegen.

Mfg

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

Ja, ich denke hier gibt's genug Leute, die sich mit dem Doppelspaltexperiment auskennen. Ich selbst habe ihn zwar nicht experimentell durchgeführt, aber natürlich mussten wir den mal durchrechnen und ich habe auch mal ein, zwei Paper zum Doppelspaltexperiment mit C60-Molekülen gelesen.

Btw: Du meinst wohl eher "Populärwissenschaftlich" als "Pseudowissenschaftlich". Letzteres ist eher etwas, was wirklich Wissenschaft sein will aber nicht ist, ersteres versucht nur eine Darstellung der wirklichen Wissenschaft für Laien zu sein.

Gruß
MI

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Welche Fragestellungen interessieren dich denn? die klassische Betrachtung z.B. mit Lichtwellen / Interferenz, oder die quantenmechanische?

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Jo dann meine ich wohl wirklich eher Populärwissenschaftlich.

Was ich unheimlich interessant fand ist die Sache mit der Messung / Beobachter. Habe ich das richtig verstanden, daß die Teilchen sich anders verhalten haben, als versucht wurde sie am Spalt nachzuweisen bzw. zu messen (beobachten wird aufgrund der Größe der Teilchen wohl nicht ganz so ernst gemeint gewesen sein).

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Betrachten wir zunächst Wasserwellen; mit einem einfachen Brett mit zwei Löchern (Abstand ca. Wellenlänge) kann man das Doppelspaltexperiment mit klassischen Wellen gut durchführen.

Das funktioniert ebenso für Lichtwellen, wobei man da auf Kohärenz (= alle Wellenzüge haben die selbe Frequenz und schwingen "in Phase") achten muss und die Spalten entsprechen eng beieinander sein müssen.

Interessant wird das Ganze, weil man ja aufrund anderer Experimente weiß, dass man Licht auch als aus Teilchen (Photonen) bestehend betrachten kann - und für Teilchen gibt es keine Intereferenz!

Zählen wir nun die Photonen mittels Schwärzung (winzige Flecke) auf einem lichtempfindlichen Film o.ä.: dann passiert etwas Eigenartiges. Im Experiment werden wir ein Wellenphänomen (Interferenz) feststellen, aber in der Registrierung auf dem Film einzelne Teilchen (die winzigen Flecke eigtl. an einzelnen Atomen). Betrachten wir das entstehende Schwärzungsmuster, wenn nur ein Spalt offen ist. Öffnen wir dann den zweiten Spalt, so erscheint das typische Interferenzmuster, d.h. dass sich im Vergleich zur Situation mit nur einem offenen Spalt die Intensität der Schwärzung an einigen Stellen verringert. Das ist mit klassischen Teilchen nicht erklärbar; das Öffnen eines zweiten Spaltes müsste immer zu einer höheren Schwärzung führen, denn klassische Teilchen können sich nicht gegenseitig auschlöschen. Also haben wir eben Interferenz vorliegen, also ein Wellenphänomen.

Reduzieren wir die Intensität der Lichtquelle so, dass zu einer bestimmten Zeit immer nur ein Photon unterwegs ist. Wir sehen weiterhin einzelne schwarze Flecke auf dem Film, aus denen über die Zeit langsam ein Interferenzmuster entsteht: http://www.weltderphysik.de/_img/article_large/201011_Interferenzmuster.jpg Da wir nun aber zu jedem Zeitpunkt nur höchstens ein Photon in der Versuchsanordung haben, können wir ausschließen, dass mehrere Photonen miteinander interferieren und so das Muster erzeugen. Wir müssen also schlussfolgern, dass ein einziges Photon sozusagen durch beide Spaten hindurchgeht und damit mit sich selbst interferiert.

Verändern wir das Experiment und versuche wir, diese "halben Photonen" zu identifizieren, bzw. festzustellen, durch welchen Spalt ein Photon nun hindurchgeht, so verschwindet das Interferenzmuster - da wir den Photonen sozusagen das Verhalten klassischer Teilchen aufzwingen.

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Ja, dann hatte ich das soweit richtig verstanden.
Hat man denn inzwischen schon eine Idee wie das sein kann, dass man dem Teilchen durch versuch es zu messen (beobachten) etc. ein anderes "Verhalten" aufzwingt?
Reagieren alle Teilchen so?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Ja, man hat eine Idee, bzw. eine Theorie, die Quantenmechanik.

Zunächst mal sollte man eigtl. nicht mehr "Teilchen" oder "Welle" sagen, sondern besser neutral von "Quantenobjekt" reden, das je nach Experiment bestimmte (eigtl. unvereinbare) Aspekte aufweist.

Dann muss man sich davon verabschieden, das Ganze mit unserer klassischen Begriffswelt erklären bzw. verstehen zu können; das ist so wie wenn Blinde von Farben reden. Man muss akzeptieren, dass es eine formale Beschreibung im Rahmen der Quantenmechanik gibt, die alle diese experimentellen Phänomene korrekt vorhersagt; d.h. man muss sich ein Stück weit von einem ontologischen Physikverständnis verabschieden, gemäß dessen die Welt so beschrieben wird, wie sie ist, und statt dessen einen eher phänomenologischen Standpunkt einnehmen, demzufolge beschrieben wird, wie sie erscheint, was man sieht und was man misst. Letzteres funktioniert hervorragend, d.h. es ist heute kein einziges experimentelles Resultat bekannt, demzufolge man an dem Apparat der Quantenmechanik zweifeln müsste.

Nun kann man sich fragen, wieso denn um uns herum klassische Objekte beobachtet werden (Bälle, Steine, Bäume), die eben diese Quanteneigenschaften gerade nicht aufweisen. Das Stichwort dazu ist Dekohärenz. Dieser realtiv aufwändige Apparat im Rahmen der Quantenmechnanik erklärt recht zufriedenstellen, wieso diese Quanteneigenschaften eines Quantenobjektes verloren gehen, wenn man das Quantenobjekt selbst mittels eines makroskopischen Messgerätes beobachtet.

Am Beispiel des Doppelspaltes: ein Photon, das durch beide Spalte geht und mit sich selbst interferiert, hat offensichtlich keinen klar definierten Ort - solange man es nicht misst. Misst man es z.B. mit einem Messgerät, das zwei mögliche Zeigerstellungen "rechts" und "links" hat, dann kann man sich fragen, wieso aufgrund eines unscharfen Ortes des Photons trotzdem immer ein scharfer und klar definierter Zeigerzustand entweder "rechts" oder "links" entsteht und beobachtet wird. Genau dies leistet die Dekohärenztheorie: sie erklärt formal, warum der Zeiger einen scharfen Zustand, also entweder "rechts" oder "links", aufweist; sie erklärt allerdings nicht, warum für ein spezielles Photon nun gerade "rechts" angezeigt wird - und eben nicht "links".

Dazu müsste man noch weiter diskutieren, aber ich denke, zunächst solltest du mal das hier verdauen ...

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Das klingt für mich alles eher philosophisch als nach Naturgesetzmässigkeiten, trotzdem interessant.

An anderer Stelle hab ich eben gelesen, dass wenn nur ein Quantenobjekt auf die 2 Spalten geschossen wird, es auch nur ein "Blitz" gibt und erst nach dem feuern von vielen Quantenobjekten ein Wellenförmiges Muster entseht und die einzige Erklärung ist dann die der Quantenmechanik.
Das klingt irgendwie eher nach Logik und dass uns da einfach noch irgendein Puzzleteil fehlt. Finde irgendwie müsste alles mit "Naturgesetzen" erklärbar sein (große und gaaaanz Kleine Objekte).

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Natürlich beeinflusst eine Messung das System. Aber die QM erlaubt es dir, vorherzusagen, welche Einzelmessergebnisse prinzipiell möglich sind, mit welcher Wahrscheinlichkeit, und wie sich ein Ensemble verhalten wird.

Die QM erlaubt es dir nicht, zu sagen, welchen Wert eine Obserbable vor der Messung hat; genauer: es gibt sogar Theoreme (insbs. die Bellsche Ungleichung), die zeigen, dass alleine die Annahme, die Observable hätte einen festen jedoch dir unbekannten Wert, zu experimentellen Widersprüchen führt!

Das meine ich mit, "man muss sich ein Stück weit von einem ontologischen Physikverständnis verabschieden, gemäß dessen die Welt so beschrieben wird, wie sie ist".

Die Quantenwelt ist nicht, sie erscheint dir; aber du kannst alle Erscheinungen bzw. die Wahrscheinlichkeit dazu berechnen; das ist doch etwas. Es ist weniger, als wir uns klassisch wünschen, aber es ist nicht Nichts.

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Hat schon n bissl was von Religion, findste nicht?

Naja vielen Dank auf jeden Fall für den kleinen Exkurs - vielleicht find ich was wo ich n bissl mehr drüber lesen kann, aber so dass 0815 Menschen das auch verstehen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Ja rein gefühlt macht es mir den Eindruck als rechnet man sich da irgendwas schön, bzw. versuch irgendwas gaaanz kompliziert zu erklären aber eigentlich fehlt irgendeine mysteriöse Kraft oder so die all das erklären würde, glaube das meinte Einstein auch, oder? (glaub das hab ich mal gehört). Und ein bissl was religöses im Sinne von gottgleich hat es schon wenn etwas "nicht ist" aber "mir erscheint" Hammer

Das mit diesen verschränkten Quanten und so - alles irgendwie crazy - wie wird sowas eigentlich erklärt mit anderen Dimensionen die die Entfernung überbrücken oder wie? (glaub ich schau zuviel TV^^)

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

da fällt mir noch was zu diesem Doppelspaltexperiment ein, kann man die Quantenteilchen (Photonen) die geschossen werden nicht zählen und dann die Einschläge auf dem "Schirm" zählen - da müsste ja ein Ungleichgewicht herrschen oder ist das schon wieder zu simpel gedacht von mir oder ist das dann schon der Fall, daß es sich dann anders verhält?

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Ich habe den Gegensätz zwischen phänomenologisch und ontologisch gebraucht und gesagt, die QM ist eher im letzteren Sinne eine Theorie, die Erscheinungen beschreibt und Messergebnisse vorhersagt, weniger eine Theorie, die erklärt, wie die Dinge wirklich sind.

Ich führe hier noch einen zweiten Gegensatz an, nämlich den dass die QM eher sagt, wie die Dinge nicht sind, als dass sie sagt, wie sie sind.

Das ganze stellt uns auf eine harte Probe, wir wollen das nicht wahrhaben, dass wir nicht mehr wissen können, müssen uns aber darin fügen, da bisher jede andere Theorie, die mehr erklärt, wie die Dinge wirklich sind, an anderen Stellen unbefriedigend (deBroglie-Bohm) oder sogar falsch (gemäß der Bellschen Ungleichung) ist. Bisher ist jeder Physiker, der sich ernsthaft mit der QM außeinandergesetzt hat, letztlich erschrocken über das, was sie uns zumutet. Das wird dadurch wettgemacht, dass sie eine hochpräzise Theorie ist - im Rahmen ihrer Möglichkeiten. Wenn wir uns im Rahmen dieser Möglichkeiten bewegen, dann ist die QM praktisch perfekt, wenn wir versuchen, diese Möglichkeiten zu erweitern, dann versagt die QM und letztlich wir kläglich.

Und jetzt drehen wir das ganze mal um: wenn uns eine derartig perfekte Theorie unentwegt sagt, dass wir bestimmte Dinge über Quantenobjekte nicht wissen können (wir könne den Ort nicht kennen, ohne ihn zu messen), dann sollten wir in Betracht ziehen, dass dies nicht nur auf die Beschränkung der Theorie zurückzuführen ist, sondern dass diese Beschränkung in der Natur selbst liegen könnte. Wohlgemerkt, das können wir weder beweisen noch widerlegen. Es könnte durchaus sein, dass es eine andersgartete, völlig neuartige Theorie gibt, die uns etwas von der vertrauten Realität zurückgibt - und uns dafür möglicherweise andere Opfer abverlangt. Es könnte aber genausogut sein, dass dies prinzipiell unmöglich ist, weil die QM die Natur bestmöglich beschreibt und es keine darüberhinausgehende Realität oder Wahrheit gibt.

Andererseits glaube ich mit Sicherheit sagen zu können, daß niemand die Quantenmechanik versteht.
Richard P. Feynman (1918-1988)

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Interessant. Da kommt man mit Logik irgendwie nicht weiter. Also ich jedenfalls nicht. Kann ja irgendwie nicht sein, dass ein "Objekt" erst auftaucht wenn man versucht es zu messen, das hieße ja für mich, dass das Objekt "merkt" wann es gemessen wird und bis dahin ist es nicht da - wir wissen aber auch nicht ob es da ist, da wir es ja nicht messen, es aber auch zu klein ist um es zu sehen. Obwohl, wenn ich beim Freund davon ausgehe, dass der erst auftaucht wenn ich ihn "Orte" könnte ich auch nicht beweisen, daß er sonst da ist (Macht ein Baum ein Geräusch beim Fallen im Wald, auch wenn keiner da ist es zu hören? - ist doch das Selbe?)

Anscheinend haben sich die meisten mit dem "Irssin" schon abgefunden Tanzen

. Ich muss da mal n bissl drüber nachdenken und mal was über diese Exerimente lesen (kann jemand was empfehlen?).

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Du solltest dich mal etwas mit Philosophie beschäftigen, Stichwort Positivismus udn Phänomenologie. Gemäß letzterer gibt es nichts "hinter" den Erscheinungen, d.h. es gibt nicht mal das nach Kant unerkennbare "Ding an sich", sondern ausschließlich Phänomene; ein "reales Objekt" ist dann letztlich die Summe seiner Erscheinungen - nicht mehr.

Der Standpunkt wirkt fremdartig, ist aber logisch konsistent. Ich halte ihn für verkürzt, weil er uns die wesentliche Triebfeder nimmt, nach dem "warum" zu fragen, aber viele Physiker haben sich daran gewöhnt, die Frage nach dem "warum" und dem "Wesen der Dinge" nicht mehr zu stellen bzw. sie als unzulässig zu erklären.

Einstein hat eine stark realistische Position vertreten, die in der QM so nicht haltbar ist. Andere haben das Kind mit dem Bade ausgeschüttet und sich rein positivistisch von allen Erklärungsversuchen und dem Begriff "objektive Realität" verabschiedet. Im Streit um die verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik hat z.B. Feynman die Haltung "shut up and calculate!" vertreten.

D.h. es gab und gibt durchaus keine Einigkeit bei den Physikern, allenfalls einen Konsens, im Tagesgeschäft diese Fragen nicht zu stellen, sondern eben Gleichungen zu lösen. Tatsache ist, dass es gerade der Erfolg der Quantenmechanik in der praktischen Anwendung war, der diese Haltung ermöglicht hat; je besser eine Theorie funktioniert, desto weniger muss ich sie hinterfragen.

Insofern ist es gut, wenn du diese Fragen stellt; du darfst auch auf interessante Disussionen hoffen, aber keinesfalls auf Antworten bzgl.der Wahreit; die kennt ggw. keiner - wer was anderes sagt, der lügt.

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Ja sowas in der Art hab ich schon erwartet, find ich aber sehr ehrlich von Dir das zuzugegeben. Oft wird ja irgendetwas für der Weisheit letzter Schluß gehalten und gar nicht mehr über den Tellerrand geschaut. Ich glaub oft könnte man in einigen Dingen schon weiter sein, wenn viele Wissenschaften sich nicht Stur in Ihrem "Zaun" bewegen würden sondern sich austauschen und neue, vielleicht erstmal falsch oder anders anmutende Ideen für Diskussionswürdig halten würden.
Ich hab mir gestern erstmal Hawkings Universum in der Nußschale zugelegt und verschaff mir mal nen Überblick. Ist allerdings nicht ganz einfach, da auf die Sachen (jedenfalls soweit wie ich kam) für meinen Geschmack zu wenig eingegangen wird und es somit zuerst unverständlich ist. Ich beiß mich aber mal durch.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

HellHanson: Ich denke du tust den Physikern unrecht, wenn du ihnen unterstellst, hier nicht über den Tellerrand schauen zu wollen. Die Diskussion über die Interpretation der Quantenmechanik ist seit fast 80 Jahren im Gang- es gibt sogar Fachtagungen darüber, wo Leute über das "warum" intensiv nachdenken. Letztlich zählt aber nur das, was eine adequate Beschreibung von Meßergebnissen erlaubt. Hier hat die Quantenmechnik wie wir sie in der Schule lernen über die Jahre hinweg immer wieder gepunktet. Jeder Versuch, Quantenobjekten gewisse "Elemente der Realität" zuzuschreiben (dies wurde vor allem durch Einstein vorangetrieben) sind an experimentellen Fakten gescheitert (Bell'sche Ungleichungen, etc.). Warum sollte die Natur überhaupt so beschaffen sein, dass sie im Einklang mit unseren menschlichen Vorstellungen von Raum, Zeit und Materie steht?

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Das war nicht nur auf die Physiker bezogen - gibt da sicher immer überall auch andere.
Was mir jetzt gerade so durch den Kopf schießt: Wie wirkt sich die Theorie der Quantenmechanik in der Biologie aus (bei Lebenden Objekten) - besteht doch alles aus Quantenteilchen, oder hab ich das falsch verstanden?

Auf die Frage mit der Natur bezogen: Weils irgendwie doch schöner ist, wenn alles Logisch erklärbar ist. Teilchen X bewegt sich von da nach da kommt dann da an usw. meinetwegen durch ein Wurmloch oder so, wo halt andere Bedingungen gelten, die uns vielleicht nicht so bekannt sind und daher wie Zufall erscheinen, aber evtl entdecken wir das noch und dann wird alles klarer. Wie gesagt ich muss mich da auch erst auf nen aktuelleren Stand bringen, was jetzt alles schon in Experimenten nachgewiesen wurde und was nicht. Bis dahin gehe ich aber mit Einstein konform: "Gott würfelt nicht". So ne Weltformel wär doch was feines.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

ivan · Anmeldungsdatum: 08.05.2011 Beiträge: 5

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Ich würde mir das auch gern mal anschauen wollen, ich würde auch versuchen es zu verstehen :-)

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

OK, gerne.

1) Wisst ihr, was eine Wellenfunktion ist und wie man sie mathematisch darstellt?
2) Könnt ihr mit dem Begriff Operator etwas anfangen? Ortsoperator? Impulsoperator?
3) Wisst ihr, was eine Fouriertransformation ist? Hier speziell zwischen Orts- und Impulsraum?

Ich glaube diese Begriffe sollte man zunächst verstanden zu haben - aber auch das kann man ja hier diskutieren.

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Sorry - also ich hab keinen Dunst - würde das aber entsprechend Nachschlagen. Schule ist schon ne Weile her. Kann mich auch nicht entferntest dran erinnern, dass da so etwas dran kam.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18067

Das kam auch in der Schule nicht dran :-)

Lies doch mal dazu etwas in Wikipedia nach und stell dann hier deine Fragen.

ivan · Anmeldungsdatum: 08.05.2011 Beiträge: 5

Bei den meisten Begriffen muss ich leider passen und mich deshalb ausklinken. Lieber behalte ich die Vorfreude, eine solche Herleitung vielleicht in ein paar Jahren verstehen zu können. Der Diskussion werde ich trotzdem folgen!

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

Hab mir das erste Thema mal angeschaut und muss dazu sagen: HÄÄH?

Soll bedeuten: Das ist als würde man nen 8000er Berg besteigen wollen und fängt auf 4000m an.

Da brauch ich wohl etwas länger um mir die Vorthemen anzuschauen.
Hilfe

HellHanson · Anmeldungsdatum: 07.06.2011 Beiträge: 16 Wohnort: Velten

so, konnte mich jetzt mal Grob mit der Wellenfunktion beschäftigen:
DIe Wellenfunktion beschreibt also die Eigenschaften des Quantenteilchens und man kann damit entweder die Geschwindigkeit oder die Position berechnen!?
Über die genaue Art mit der Formel umzugehen fehlen mir allerdings zusätzlich noch die Mathematischen Kenntnisse :-).

Was hält einen eigentlich davon ab erst die Geschwindigkeit und dann die Position zu berechnen?