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Doppelspalt Experiment
 
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Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
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Beitrag Brillant Verfasst am: 04. Sep 2015 09:55    Titel: Doppelspalt Experiment Antworten mit Zitat

Leider habe ich keine Möglichkeit, dieses Experiment selbst zu machen. Hinter den beiden Spalten ergeben sich angeblich Wellen, die das Interferenz-Muster zeigen.

Aber Wellen im Raum (dreidimensional) sollten doch ein anderes Muster ergeben als nur Streifen. Habe ich das falsch verstanden oder ist das Experiment nicht richtig erklärt?

[img]https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment#/media/File:Double-slit_experiment_results_Tanamura_2.jpg[/img]
as_string
Moderator


Anmeldungsdatum: 09.12.2005
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Beitrag as_string Verfasst am: 04. Sep 2015 10:15    Titel: Re: Doppelspalt Experiment Antworten mit Zitat

Brillant hat Folgendes geschrieben:
Leider habe ich keine Möglichkeit, dieses Experiment selbst zu machen. Hinter den beiden Spalten ergeben sich angeblich Wellen, die das Interferenz-Muster zeigen.


[quote="Brillant"]Aber Wellen im Raum (dreidimensional) sollten doch ein anderes Muster ergeben als nur Streifen. Habe ich das falsch verstanden oder ist das Experiment nicht richtig erklärt?
Es sind Spalte, die (relativ zu ihrer Breite und dem Abstand zueinander) sehr hoch sind. Ich finde es ziemlich logisch, dass dann auch senkrechte Streifen bei der Interferenz raus kommen.
Was meinst Du denn, was raus kommen müsste und wie ist denn Deine Rechnung, bei der dann Dein Ergebnis raus kommt?


Du kannst so ein Experiment locker selbst machen. Eigentlich genügt ein Laserpointer für ein paar Euro. Dann brauchst Du nur noch einen Doppeltspalt. Für den Anfang würde ich einen Einfachspalt nehmen, geht auch und ist einfacher, das auf die Schnelle zu machen. Du brauchst nur zwei gerade Metallkanten, die Du möglichst parallel zusammen bringen musst. Damit lässt sich zwar nicht quantitativ irgendetwas zeigen, aber so rein qualitativ und um ein Gefühl zu bekommen, sieht man da schon was. Man sieht auch Beugungsmusster an Objektkanten und so. Kann recht lehrreich sein, denke ich.

Gruß
Marco
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen

Beitrag Brillant Verfasst am: 04. Sep 2015 10:49    Titel: Re: Doppelspalt Experiment Antworten mit Zitat

Hallo Marco,

danke für deine mut-machende Anregung. Da will ich mir mal einen Laserpointer besorgen.

Zitat:
Beim Doppelspaltexperiment schickt man kohärentes, einfarbiges Licht (z.B. Laserlicht) durch zwei nahe beieinander liegende Spalte, dem sogenannten Doppelspalt. An den beiden Spalten entstehen laut dem huygen'schen Prinzip neue Elementarwellen. Diese Wellen überlagern sich und bilden beim Auftreffen auf einem Beobachtungsschirm ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen.


http://www.abi-physik.de/buch/wellen/interferenz-am-doppelspalt/

Gehe ich Recht in der Annahme, dass sich Lichtwellen im Raum kugelförmig ausbreiten?

Falls sie das hinter dem Spalt nicht tun, wäre das eine wichtige abweichende Eigenschaft, die erwähnt werden müsste.

Angenommen, die Wellen "wellen" nur in einer Ebene, wie kommt es dann, dass die Balken auf dem Schirm (Fotoplatte) so hoch sind? Also werden sie doch nicht nur nach links und rechts abgelenkt, sondern auch nach oben und unten. Das irritiert mich beim Verständnis des Ergebnisses.

Das Interferenzmuster von zwei Quellen kugelförmiger Wellen kann doch kein "Barcode" sein.

Zitat:
Christiaan Huygens bemerkte um 1650, dass eine Lichtausbreitung analog zu Wasserwellen die Phänomene erklären würde. Er formulierte sein Huygenssches Prinzip, welches besagt, dass von jedem Punkt einer beugenden Fläche kugelförmige Elementarwellen ausgehen, die sich überlagern und so die beobachtbaren Beugungseffekte hervorrufen

https://de.wikipedia.org/wiki/Wellenoptik

Bei der Interferenz von Kugelwellen würde ich so ein Bild erwarten:
http://www.artokora.de/wp-content/uploads/2014/06/Interferenz-960x768.jpg
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen

Beitrag Brillant Verfasst am: 04. Sep 2015 11:33    Titel: Antworten mit Zitat

Uups, was ist das denn? Interferenzmuster am Einzel-Spalt:
https://youtu.be/H4ow78Qves0

Leider fehlt die Erklärung, warum auch der Einzelspalt so ein Muster ergibt. Aber immerhin ist das Muster in einer Ebene, also nur links - rechts. Das ist dann wohl keine Kugelwelle?
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3384

Beitrag ML Verfasst am: 04. Sep 2015 13:53    Titel: Re: Doppelspalt Experiment Antworten mit Zitat

Hallo,

Brillant hat Folgendes geschrieben:

Gehe ich Recht in der Annahme, dass sich Lichtwellen im Raum kugelförmig ausbreiten? Falls sie das hinter dem Spalt nicht tun, wäre das eine wichtige abweichende Eigenschaft, die erwähnt werden müsste.

nein, nicht zwangsläufig. Eine kugelförmige Ausbreitung wäre nur bei einer punktförmigen Quelle eine sinnvolle erste Annahme. Aber auch punktförmige Quellen ergeben nicht zwangsläufig Kugelwellen. Die Randbedingungen in der Umgebung der Quelle sind ebenfalls entscheidend. Eine punktförmige Quelle, die sich beispielsweisweise in unmittelbarer Nähe einer ausgedehnten Spiegelfläche befindet, würde man eher als Dipolquelle oder als zwei Kugelwellen modellieren, da das Spiegelbild ja auch abstrahlt.

Laserlicht wird meist als "Gaußstrahl" modelliert. Das ist auch nicht kugelförmig:
https://de.wikipedia.org/wiki/Gau%C3%9F-Strahl

Bei den Spaltversuchen kannst Du Dir vorstellen, dass von jedem Punkt der Spaltfläche eine Kugelwelle ausgeht. Die von den unterschiedlichen Punkten der Quelle ausgehenden Teilwellen überlagern sich dann im Raum und führen zu den Interferenzmustern*. Von diese Gesichtspunkt aus ist es klar, dass ein Längsspalt nicht zu einem radialsymmetrischen Interferenzmuster führt.


Zitat:

Angenommen, die Wellen "wellen" nur in einer Ebene, wie kommt es dann, dass die Balken auf dem Schirm (Fotoplatte) so hoch sind? Also werden sie doch nicht nur nach links und rechts abgelenkt, sondern auch nach oben und unten. Das irritiert mich beim Verständnis des Ergebnisses.

Die geometrische Form der Quelle/des Spalts hat hier einen entscheidenden Einfluss. Der nach oben gehende lange Spalt führt vorwiegend zu einem seitlich ausgedehnten "Barcode". Nach oben und unten gibt es auch Interferenzmuster. Sie sind aber lange nicht so deutlich wie die zur Seite hin.


Viele Grüße
Michael



*Vielfach sorgt man durch den Messaufbau dafür, dass diese Punktwellen gleichphasiges Licht emittieren und möglichst gleiche Amplituden haben. Das ist aber nicht zwangsläufig gegeben.
Brillant



Anmeldungsdatum: 12.02.2013
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Beitrag Brillant Verfasst am: 04. Sep 2015 16:30    Titel: Re: Doppelspalt Experiment Antworten mit Zitat

Hallo Marco,

as_string hat Folgendes geschrieben:
Es sind Spalte, die (relativ zu ihrer Breite und dem Abstand zueinander) sehr hoch sind. Ich finde es ziemlich logisch, dass dann auch senkrechte Streifen bei der Interferenz raus kommen.


Die Beschreibung der Experimente gibt das nicht her. Da werden z.B. "einzelne Photonen" auf den Doppelspalt abgeschossen und jedes Photon schlüpft durch einen oder beide Spalten.

Wohin zielt denn die Photonen-Kanone? Die geradlinige Ausbreitung des Lichts wird ja infrage gestellt, wenn das Licht streut. Und kein Photon knallt auf die Barriere zwischen den Spalten. Wie geht das denn?

Die suchen sich also einen Weg? Seltsam, seltsam.
as_string
Moderator


Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5783
Wohnort: Heidelberg

Beitrag as_string Verfasst am: 04. Sep 2015 16:31    Titel: Antworten mit Zitat

@Brillant:
Ja, da hast Du ein paar Grundlagen einfach noch nicht so ganz verstanden: Google mal nach Huygenssches Prinzip und Elementarwellen. Das mit den (unendlich vielen) kugelförmigen Elementarwellen und deren Interferenz ist ein Konstrukt, wie man es letztlich mathematisch beschreiben und dann auch berechnen kann. Das bedeutet aber noch lange nicht, dass dann alle Wellenfronten plötzlich auch kugelförmig sein müssten, eben gerade weil an jedem Raum im Punkt die Elementarwellen miteinander interferieren.

Gruß
Marco
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