Lichtstrahl = Quantenobjekt?

Kreator · Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 5

Meine Frage:
Hallo,
ich habe gerade ein Grundlegendes Verständnisproblem in sachen Quantenmechanik. Mir is völlig klar, dass einzelne Lichtquanten beim beschießen eines Doppelspaltes mit sich selbst inteferieren und dabei das typische Interferenzmuster bilden. Auch das das Prinzip der Ursache und Wirkung für Quanten nicht gilt ist mir klar, sie Treffen zufällig auf einem beschossenem Detektorschirm auf. Natürlich gilt das alles nur wenn nicht gemessen(beobachtet wird). Nun zu meiner Frage, liege ich richtig, dass das Doppelspaltexperiment mit einzelnen Photon auch im nicht evakuierten Raum funktioniert? Wenn ja warum verhält sich dann ein Lichtstrahl nach dem Prinzip der Ursache und Wirkung? Er trifft immer genau dort auf wo man hinzielt.

Meine Ideen:
Meine Erklärung wäre dafür gewesen, dass die Photonen durch die Luftmoleküle beobachtet werden und sich deshalb wie ein "Normalesobjekt" verhalten, dann würde das Doppelspalteperiment mit Photonen jedoch nur im Vakuum funktionieren. Wo ist hier mein Denkfehler oder funktioniert das Doppelspaltexperiment mit Photonen tatsächlich nur im Vakuum?

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Für ein Doppelspaltexperiment braucht man in der Tat Vakuum. Ohne Vakuum würden die Photonen an den Luftmolekülen gestreut werden. Damit würde das ursprüngliche Interferenzpattern zerstört, da die Lichtwellen keine fest Phasenbeziehung mehr hätten. Im Falle eines einzelnen Photons oder Elektrons könnte ich dann unter Umständen auch sagen, durch welchen Spalt es gedrungen ist (wenn es "im Spalt" wechselwirkt).

Im übrigen wird von der Quantenmechanik das Ursache-Wirkung Prinzip nicht außer Kraft gesetzt. Es hat weiterhin Bestand.

Gustav123 · Gast

Muss das Doppelspaltexperiment wegen der Dekohärenz im Vakuum stattfinden?
Und wie passt der Kollaps der Wellenfunktion da hinein?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8581

Das Doppelspaltexperiment muss keinesfalls im Vakuum durchgefuehrt werden.
Der Effekt der Interferenz ist komplett unabhaengig davon.

Ich habe sogar noch NIE gesehen dass es in Vakuum gemacht wird. Man stell einfach einen Laser auf, einen geeigneten Spalt/Doppelspalt/Gitter und einen Schirm zum beobachten. Wenn die Intensitaet des Lasers halbswegs normal ist, kann man dann das Interferenzmuster beobachten. Die Streuung an Luftmolekuelen in normaler Athmossphaere ist vernachlaessigbar.

Das das Ursache-Wirkung Prinzip weiterhin bestand hat in der QM ist allerdings richtig.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Kreator · Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 5

Erstmal vielen Dank für die vielen Antworten. Genau das ist ja der Punkt, den ich im Kopf gerade nicht zusammenbekomme. In einem Video wurde gesagt, dass das Doppelspaltexperiment mit Photonen nur ein Inteferenzmuster ergibt, wenn nicht gemessen wird. Anosnsten bilden sich einfach zwei Streifen auf dem Detektorschirm ab. Mir ist natrülich bewusst das wir in der Schule die Gitterversuche immer im nicht evakuierten Raum durchgeführt haben, aber nun wieder zu meiner Frage: Wenn die Luftmoleküle für ein Photon nicht als Beobachter gelten, dass war ja die Aussage eurer Antworten, dass das Experiment kein Vakum benötigt, warum verhält sich dann ein Lichtstrahl nicht wie ein Quanten Objekt? Also wenn die Luftmoleküle nicht als Beobachter gelten, dann müsste der Lichtstrahl ja völlig beliebig auf der Wand auftreffen oder? Oder ist es so das die Einzelnen Quanten Zufällig auf der Wand auftreffen, die Wahrscheinlichkeit, dass sie im Mittelpunkt des Strahls auftreffen jedoch so hoch ist, dass es für den BEtrachter so aussieht als ob sie eine gerade Strecke zurückgelegt hätten?

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Kreator · Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 5

Also sind wir uns einig, dass ein Photon in einem Luft gefüllten Raum sich nach den Gesetzen der Quantenmechanik verhält? Da da es ansonsten keine Intefferenzeffekte geben würde, habe ich das richtig Verstanden?

Nun steht da immer noch die selbe Frage im Raum: Wenn ich einen Laserstrahl auf eine Wand schicke, trifft er genau dort auf, wo ich hinziele. Laut der Quantenmechanik müssten die Photonen aber doch zufällig auf der Wand auftreffen, oder nicht? Oder is die Wahrscheinlichkeit für das auftreffen auf der Wand der Photonen auf einen so kleinen Bereich reduziert, das ein Lichtpunkt entsteht? Denn wenn die Luft vernachläsigbar ist, müssten sich die Photonen bis zum auftreffen auf die Wand in Superposition befinden, oder etwa nicht?

Und in wie fern gilt das Ursache Wirkung gesetzt bei der Quantenmechanik, das habe ich nicht ganz Verstanden. In dem Bericht hieß es, ein einzeln abgefeuertes Photon trifft wahllos auf dem Schirm auf und dieser Punkt ist nicht vorherzusagen, das heißt für mich, dass sich das Photon nicht nach dem Prinzip der Ursache und Wirkung verhält.

Kreator · Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 5

Mir fällt gerade auf das ich einen Fehler im Titel des Threads hab, da fehlen ein paar Wörte, ich bitte deshalb um Entschudligung. Es sollte eher heißen: "Warum verhält sich ein Lichtstrahl nicht wie ein Quantenobjekt, oder etwa doch?"

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Laserlicht ist übrigens sehr klassisches Licht: d.h. sein Verhalten lässt sich hervorragend mit Hilfe der klassischen Elektrodynamik beschreiben: Ich habe eine feste Phasenbeziehung. Um das Verhalten von Laserlicht im Doppelspaltexperiment zu verstehen, brauche ich eigentlich keine Quantenmechanik. Die "Photonennatur" des elektromagnetischen Feldes kommt dabei nicht zum Tragen.

Chillo · Gast

F99 · Anmeldungsdatum: 11.03.2015 Beiträge: 19

Hallo, mich interessiert die Streuung beim Doppelspalt auch.
Wenn in den gängigen Fällen die Wechselwirkung mit Luft keine Rolle spielt, dann:
a) was sind die ungängigen Fälle?
b) lässt sich die Wechselwirkung dennoch nachweisen?

Es ist natürlich das einzelne Photon gemeint.

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

a) Das kommt darauf an, was du gerne unter "ungängig" verstehen willst. Wenn deine Frage ist: Wann wird die Wechselwirkung mit der Luft wirklich wichtig, dann wäre die Antwort: Wenn das Licht soviel Energie hat, dass die Wechselwirkung mit der Luft stark zunimmt. Das Auftreffen von so hochenergetischem "Licht" würde dann die Luftteilchen ionisieren, sodass diese elektrisch leitfähig werden und anfangen, ein Plasma zu bilden. Bei noch höheren Energien kommt es vielleicht zu irgendwelchen Teilchenreaktionen (siehe Gammastrahlung aus dem All).

b) Bei solchen Energien noch nach Interferenzeffekten zu suchen ist Unsinn/schwierig. Die meisten Detektoren würden die hohen Energien auf so kurzem Abstand (Superlichtquelle - Beobachtungsschirm im selben Zimmer) nicht schaffen und ja, infolge der erhöhten Wechselwirkung des Lichtes mit der Luft nimmt auch die Dekohärenz zu.

F99 · Anmeldungsdatum: 11.03.2015 Beiträge: 19

Danke für die Antwort!

Vielleicht hätte ich nicht zwei Denkrichtungen gleichzeitig angehen sollen. Also a) bezieht sich auf die Formulierung von "Chillo" und b) soll sich nicht auf a) beziehen.

Mich interessiert hauptsächlich, ob die Wechselwirkung mit Luft das Interferenzmuster ändern kann. Wahlweise darf es auch gern Wasser sein.

Ich weiss, dass es viele Versuche gibt um zu ermitteln, ob ein Teilchen durch den einen oder anderen Schlitz gegangen ist. Und das in jedem Fall das Interferenzmuster dann verschwindet.

Mein Problem ist, ich kann nicht verstehen, warum man ein Interferenzmuster erhält, obwohl praktisch auf jedem Weg das Photon mit wenigstens einem Luftmolekül gewechselwirkt haben müsste. Denn die Wechselwirkung wird ja andernorts über den Begriff der Beobachtung als Grund für den Zusammenbruch der Wellenfunktion angeführt.

Nach meinem jetzigen bescheidenen Verständnis der QED dürfte es gar kein Interferenzmuster geben, weil es durch die Wechselwirkung mit der Luft ausgelöscht wäre.

Alternativ hätte man nach Denkschema b) eine Möglichkeit, den Weg eines Lichtpartikels zu rekonstruieren. Was ja wie ich schon ahne, nicht möglich sein wird.

Welches Element fehlt mir da zum Verständnis?

gruss

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

yellowfur · Moderator Anmeldungsdatum: 30.11.2008 Beiträge: 804

F99 · Anmeldungsdatum: 11.03.2015 Beiträge: 19

Danker nochmals, ich sehe grade, dass ich im Forum unter Dekonhärenz auch viel Interessantes finde. Da mach ich mich jetzt erstmal weniger unschlau.