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Doppelspalt-Versuch mit Photonen
 
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planet-75



Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 11. Okt 2022 20:16    Titel: Doppelspalt-Versuch mit Photonen Antworten mit Zitat

Interpretationsmöglichkeiten:
1) Gemäss EM-Wellen-Theorie auf Allgemeinbildungs-Niveau (Annahme, dass EM-Wellen ein räumliches Kontinuum sind, wobei eine Unterteilung davon in Photonen zwar möglich aber nicht zwingend ist):
> Es gibt Bereiche mit Konstruktiver und destruktiver Interferenz. Und unabhängig davon und obwohl es hellere und dunklere Bereiche auf dem Fotopapier gibt, wären Photonen auf allen Bereichen des Papiers aufgetroffen.
2) Anderer Gesichtpunkt, z.B. gemäss dieser Quelle: https://www.spektrum.de/news/was-verraet-die-quantentheorie-ueber-die-realitaet/1592854: "An den Stellen, wo die beiden Wellenfunktionen konstruktiv interferieren, wird man das Photon mit hoher Wahrscheinlichkeit antreffen. In Regionen mit destruktiver Interferenz sind die Chancen dafür hingegen gering."
(Ich erlaube mir hier, gedanklich den Begriff Wellenfunktion durch Welle zu ersetzen.)
> Das würde/ könnte bedeuten: Bei den nicht verdunkelten Bereichen waren keine Photonen, die das Fotopapier hätten verändern können. Dafür müssten bei den verdunkelten Stellen umso mehr Photonen aufgetroffen sein. Demnach wäre die destruktive Interferenz eine rein abstrakte Angelegenheit.

1. Frage: Welche Variante ist zutreffender?

Ein Lösungsansatz auf diese 1. Frage könnte sich daraus ergeben:
Frage: 2.1. Wie genau entstehen die dunklen Bereiche auf dem klassischen, analogen Schwarzweiss-Fotopapier? In welcher Form wird die u.a. aus Silberbromid bestehende Oberfläche durch Photonen verändert?
Frage 2.2. Ist es denkbar, dass jene Photonen, welche der (tatsächlichen oder theoretischen) destruktiven Interferenz entsprechen, auf dem Fotopapier auftreffen könnten, ohne dieses massgebend zu verändern, oder kann dies (im Zus. mit einer Antwort auf 2.1.) weitgehend ausgeschlossen werden?

Gibt es anschauliche Antworten darauf?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 11. Okt 2022 20:30    Titel: Antworten mit Zitat

(1) ist im wörtlichen Sinne nicht zutreffend; wenn ein Photon aufgetroffen ist, dann ist es aufgetroffen; man kann das nicht irgendwie rückgängig machen.

Du darfst das Wellenbild und das Teilchenbild nicht vermischen.

Im Rahmen der Quantenmechanik müssen wir die Dynamik der Systeme letztlich immer in einer Art Wellenbild beschreiben und berechnen (Schrödingergleichung). Das liefert das, was wir als Interferenz bezeichnen, d.h. die Superposition von "Wahrscheinlichkeitswellen".

Die konkrete Beobachtung ergibt jedoch immer und ausschließlich lokalisierte, punktförmige Teilchen. Wo wir diese mit welcher Wahrscheinlichkeit detektieren werden folgt aus der o.g. Interferenz der Wahrscheinlichkeitswellen. Dass wir immer genau ein Teilchen an einer Stelle detektieren folgt daraus nicht - das ist letztlich das zentrale, heute noch unverstandene Probleme der Quantenmechanik - wenn wir diesen "realen Vorgang der Lokalisierung" tatsächlich beschreiben wollen. Geben wir uns damit zufrieden, dass die Quantenmechanik hier immer nur stochastische Aussagen liefert, also nicht beschreibt, was tatsächlich je einzelnem Teilchen geschieht, dann vermeiden bzw. ignorieren wir dieses Problem in gewisser Weise.

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planet-75



Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 12. Okt 2022 10:17    Titel: Antworten mit Zitat

Das Problem ignorieren zu müssen, ist unbefriedigend. Die Stochastik der modernen Physik basiert offenbar auf diesem Experiment, sie ist davon abgeleitet. Gerade deshalb wäre es wichtig, das Experiment verstehen zu können.
Es liegt offenbar an der Schwelle zwischen den Betrachtungen der klassischen Optik und der modernen Physik.
Wie interpretiert ein Spezialist aus der Optik dieses Problem? Was würde ein Chemiker oder Quantenphysiker zur 2. Frage sagen?
Ich betrachte die obige Variante 1) als eher unwahrscheinlich, und die Frage 2.2 würde ich eher mit nein beantworten, aber sicher bin ich mir nicht.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 11:04    Titel: Antworten mit Zitat

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Das Problem ignorieren zu müssen, ist unbefriedigend.

Das sehe ich auch so - und da sind wir beide in guter Gesellschaft (mit Einstein, Schrödinger, Bell ... um nur einige zu nenne)

Viele andere Physiker vertraten und vertreten jedoch eine instrumentalistische Position, derzufolge es nicht Aufgabe der Physik sei, konkret zu verstehen, was genau in der Natur vor sich geht, sondern lediglich darin, experimentell überprüfbare Aussagen zu machen d.h. berechnen zu können (Bohr, Heisenberg, Pauli ...)

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Die Stochastik der modernen Physik basiert offenbar auf diesem Experiment, sie ist davon abgeleitet. Gerade deshalb wäre es wichtig, das Experiment verstehen zu können.

Die Stochastik - im Rahmen der Quantenmechanik die Bornsche Regel - ist letztlich die Idee, die Wellenfunktion rein statistisch zu interpretieren. D.h. aber eben gerade nicht realistisch aufzufassen und damit auch nicht alle Vorgänge mikroskopisch verstehen zu wollen.

Was genau meinst du mit "das Experiment erstehen"?

Die orthodoxe d.h. letztlich statistische / Auffassung ist, dass man mittels der Quantenmechanik die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Photonen exakt berechnen kann. Insofern hat man das Ergebnis des Experimentes verstanden - jedoch eben nur statistisch.

Eine realistische Auffassung wäre, verstehen zu wollen, wie und warum einerseits eine mathematische Beschreibung mittels einer Wellenfunktion notwendig ist, andererseits aus dieser jedoch lokalisierte Ereignisse, Detektionen, "teilchenartige Phänomene" resultieren (im Rahmen der orthoden Auffassung trägt man dem mittels des sogenannten Kollapspostulates Rechnung - das jedoch insgesamt unbefriedigend ist, in der "Lehrbuchformulierung" für diverse Experimente explizit falsch ist, generell im Widerspruch zur Dynamik gemäß der Schrödingergleichung steht und daher nicht gleichermaßen realistisch aufgefasst werden kann - d.h. letztlich nichts erklärt). Es gibt durchaus andere Ansätze zur einer realistisachen Interpretation der Quantenmechanik, die auf das von dir geforderte Verständnis abzielen. Dabei gibt es jedoch sicher keinen Konsens und tatsächlich noch keine befriedigende Lösung.

Willst du darauf hinaus?

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Wie interpretiert ein Spezialist aus der Optik dieses Problem?

Mittels klassischer Wellenoptik ist die Interferenz berechenbar, das Auftreten lokalisierter Ereignisse nicht.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Was würde ein Quantenphysiker zur 2. Frage sagen?

Jeder Quantenphysiker hätte seine eigene Meinung dazu. Diese zerfallen ganz grob in zwei Schulen: a) die o.g. orthodoxe / stochastische, derzufolge die Quantenmechanik rein statistische Aussagen macht und man es bitte dabei belassen soll; b) diverse andere Ansätze zu einer realistischen Lösung (teilweise auf Basis der Dekohärenz, d.h. wäre die "Viele-Welten-Theorie"; teilweise mittels eines naiven Teilchenbildes im Sinne der Bohmschen Quantenmechanik ...)

Nochmal zu deinen Fragen:
planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Frage: 2.1. Wie genau entstehen die dunklen Bereiche auf dem klassischen, analogen Schwarzweiss-Fotopapier? In welcher Form wird die u.a. aus Silberbromid bestehende Oberfläche durch Photonen verändert?

Letzteres ist nicht der Punkt; ein Photon wird absorbiert und verändert ein Atom bzw. Molekül; das kann man berechnen. Ersteres ist die Frage: wie und warum resultiert aus einer Beschreibung mittels delokalisierter Wellen ein lokalisiertes Ereignis? Antwort s.o.: offen!

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Frage 2.2. Ist es denkbar, dass jene Photonen, welche der (tatsächlichen oder theoretischen) destruktiven Interferenz entsprechen, auf dem Fotopapier auftreffen könnten ...

Das ist eine sinnlose Frage, denn die Idee, es gäbe Photonen, welche der ... destruktiven Interferenz entsprechen, ist ein rein sprachliches und erdachtes Konstrukt, das im Rahmen der Quantenmechanik so nicht mathematisch formuliert werden kann. Wenn wir uns an etwas festhalten wollen, dann muss das schon der exakte Formalismus der Quantenmechanik sein.

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DrStupid



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Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 12. Okt 2022 11:16    Titel: Re: Doppelspalt-Versuch mit Photonen Antworten mit Zitat

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Frage: 2.1. Wie genau entstehen die dunklen Bereiche auf dem klassischen, analogen Schwarzweiss-Fotopapier? In welcher Form wird die u.a. aus Silberbromid bestehende Oberfläche durch Photonen verändert?


Wenn die Energie des absorbierten Photons hoch genug ist, dann kann ein Elektron aus einem Halogenid-Ion in das Leitungsband wechseln und sich somit frei im Kristall bewegen, bis es von einem Silberion eingefangen wird und dieses zu einem Silberatom reduziert. An geeigneter Stelle (z.B. an Gitterfehlern) bleiben diese Atome stabil und bilden Cluster von metallischem Silber, die dann als schwarze Flecken auf dem Film zu sehen sind.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Frage 2.2. Ist es denkbar, dass jene Photonen, welche der (tatsächlichen oder theoretischen) destruktiven Interferenz entsprechen, auf dem Fotopapier auftreffen könnten, ohne dieses massgebend zu verändern, oder kann dies (im Zus. mit einer Antwort auf 2.1.) weitgehend ausgeschlossen werden?


Nein, das ist nicht denkbar. Die Wahrscheinlichkeit, mit der Photonen eine Dissoziation von Silberhalogenid auslösen, hängt nur von ihrer Energie und den Eigenschaften des Films ab. Der Doppelspalt ändert weder den Film noch die Energie der einzelnen Photonen.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 12:00    Titel: Re: Doppelspalt-Versuch mit Photonen Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Frage 2.2. Ist es denkbar, dass jene Photonen, welche der (tatsächlichen oder theoretischen) destruktiven Interferenz entsprechen, auf dem Fotopapier auftreffen könnten, ohne dieses massgebend zu verändern, oder kann dies (im Zus. mit einer Antwort auf 2.1.) weitgehend ausgeschlossen werden?

Nein, das ist nicht denkbar. Die Wahrscheinlichkeit, mit der Photonen eine Dissoziation von Silberhalogenid auslösen, hängt nur von ihrer Energie und den Eigenschaften des Films ab. Der Doppelspalt ändert weder den Film noch die Energie der einzelnen Photonen.

Da du die Frage beantwortest, hast du offenbar den Sinn dahinter verstanden. Ich nämlich nicht.

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DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 4430

Beitrag DrStupid Verfasst am: 12. Okt 2022 13:25    Titel: Re: Doppelspalt-Versuch mit Photonen Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Da du die Frage beantwortest, hast du offenbar den Sinn dahinter verstanden. Ich nämlich nicht.


Ich gehe davon aus, dass ", welche der (tatsächlichen oder theoretischen) destruktiven Interferenz entsprechen," eine umständliche Umschreibung von "in Bereichen destruktiver Interferenz" ist. Damit wird im Prinzip gefragt, ob sich Photonen dort irgendwie anders verhalten bzw. ob die Interferenz sich auf die Photonen selbst auswirkt (insbesondere auf ihre Energie) und nicht nur auf ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Das ist nicht der Fall.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 13:59    Titel: Re: Doppelspalt-Versuch mit Photonen Antworten mit Zitat

DrStupid hat Folgendes geschrieben:
Damit wird im Prinzip gefragt, ob sich Photonen dort irgendwie anders verhalten bzw. ob die Interferenz sich auf die Photonen selbst auswirkt (insbesondere auf ihre Energie) und nicht nur auf ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Das ist nicht der Fall.

Ok, verstanden. Ja, so könnte man das interpretieren.

Und ja, du hast natürlich recht, destruktive Interferenz wirkt sich nur dahingehend auf Photonen aus, dass sie dort eben nicht anzutreffen sind.

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Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 12. Okt 2022 14:03    Titel: Antworten mit Zitat

Der erste Beitrag von DrS. erscheint mir grundsätzlich sehr klar und hilfreich.
Die darauf folgenden 2 Beiträge, von TomS und DrS., haben mich dann wieder verunsichert. Inzwischen hat TomS nochmals geschrieben.

Ich wollte fragen, ob im Bereich der "destruktiven Interferenz" Photonen vorhanden sein könnten, oder ob die Nicht-Verdunkelung des Fotopapiers ein starkes Indiz für die örtliche Abwesenheit von solchen Photonen während dem Experiment ist. TomS hat dies inzwischen beantwortet.

Ich gehe nun davon aus, dass die obige Interpretation 2) eher zutrifft und dass die AW auf die Frage 2.2 "nicht denkbar" ist.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 14:20    Titel: Antworten mit Zitat

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Ich wollte fragen, ob im Bereich der "destruktiven Interferenz" Photonen vorhanden sein könnten ...

Je geringer die Intensität der Welle, desto weniger Photonen sind dort vorhanden.

Intensität gleich Null bedeutet: Null Photonen

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Ich gehe nun davon aus, dass die obige Interpretation 2) eher zutrifft ...

Ja.

Außer dass ich nicht verstehe, was du damit meinst, das "demnach die destruktive Interferenz eine rein abstrakte Angelegenheit wäre". In welchem Sinne "abstrakt"?

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Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 12. Okt 2022 14:32    Titel: Antworten mit Zitat

Abstrakt in dem Sinne, dass die klassiche EM-Welle als solche nicht wirklich existiert - dass sie nur noch die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Photonen beschreibt. OK?

Nun noch eine weitere Frage:
https://www.geogebra.org/m/qtaqg8m9
Ausgehend von der obigen Interpretation 2) und diesem Bild könnte man nun auf die Idee kommen, dass sich die Wege der Photonen in der rechten Hälfte des Bildes vielleicht gar nicht mehr kreuzen, sondern dass sie sich dort parallel zueinander den gelben Linien entlang bewegen könnten.
Wäre so etwas denkbar? Oder soll man sich hier eher vorstellen, dass die Photonen auf ihrem Weg zum Fotopapier mehrere Male verschwinden und wieder auftauchen (entsprechend der Bereiche der destruktiven und konstruktiven Interferenz)? Oder bleibt die Frage offen, weil die Photonen eben nur einmal, d.h. am Ende ihres Weges beim Fotopapier beobachtbar sind?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 14:41    Titel: Antworten mit Zitat

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Abstrakt in dem Sinne, dass die klassiche EM-Welle als solche nicht wirklich existiert - dass sie nur noch die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Photonen beschreibt. OK?

Jein, nicht gleich das Kind mit Bade ausschütten.

Auch eine Wasserwelle besteht aus Wassermolekülen; genauso darf man sich vorstellen, dass eine makroskopische elektromagnetische Welle etwas sehr reales und nicht nur etwas rein abstraktes ist.

Im mikroskopischen Bereich hättest du eher recht.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
https://www.geogebra.org/m/qtaqg8m9
Ausgehend von der obigen Interpretation 2) und diesem Bild könnte man nun auf die Idee kommen, dass sich die Wege der Photonen in der rechten Hälfte des Bildes vielleicht gar nicht mehr kreuzen, sondern dass sie sich dort parallel zueinander den gelben Linien entlang bewegen könnten.

Wenn du dir rechts Teilchen Bahnen vorstellst, dann führt das völlig in die Irre.

Stell dir vor, du positionierst hinter dem ersten einen zweiten Doppelspalt. Damit kannst du die Interferenzen hinter dem zweiten nur mittels des Wellenbildes beschreiben, wiederum nicht mit klassischen Teilchen.

"Teilchenartig" erscheint das Photon ausschließlich bei der Detektierung; dazwischen bzw. "unterwegs" muss man mit einem Wellenmodell rechnen. Wie gesagt, wie man realistisch von einem zum anderen gelangt, ist nicht wirklich verstanden.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Oder soll man sich hier eher vorstellen, dass die Photonen auf ihrem Weg zum Fotopapier mehrere Male verschwinden und wieder auftauchen

Nein, bitte nicht.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Oder bleibt die Frage offen, weil die Photonen eben nur einmal, d.h. am Ende ihres Weges beim Fotopapier beobachtbar sind?

Letztlich ja.

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Zuletzt bearbeitet von TomS am 12. Okt 2022 19:50, insgesamt 3-mal bearbeitet
planet-75



Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 12. Okt 2022 14:46    Titel: Antworten mit Zitat

OK. Noch was: Anfangs schreib ich unter 2): "Bei den nicht verdunkelten Bereichen waren keine Photonen, die das Fotopapier hätten verändern können. Dafür müssten bei den verdunkelten Stellen umso mehr Photonen aufgetroffen sein."
Stimmt der 2. Satz, oder ist er falsch?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 14:57    Titel: Antworten mit Zitat

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
OK. Noch was: Anfangs schreib ich unter 2): "Bei den nicht verdunkelten Bereichen waren keine Photonen, die das Fotopapier hätten verändern können. Dafür müssten bei den verdunkelten Stellen umso mehr Photonen aufgetroffen sein."
Stimmt der 2. Satz, oder ist er falsch?

Du meinst, ob es eine Art Erhaltung der Teilchenzahl oder Energie gibt? D.h. das, was hier verschwindet, erscheint dafür dort?

Du solltest dir dieses "Verschwinden" nicht als irgendeinen echten Prozess von Teilchen vorstellen. Wenn es an einer Stelle kein Wasser gibt, dann sind ja nicht irgendwelche Wassermoleküle dorthin gegangen um gemeinsam zu entscheiden, nicht dort zu sein sondern wo anders hinzugehen und einen Wellenberg zu bilden.

Am besten spricht man von Energie. Ja, diese ist erhalten, d.h. in jedem beliebigen Volumen entspricht die zeitliche Änderung der enthaltenen Energie dem Energiefluss durch die gedachte Oberfläche des Volumens. Das folgt aus den klassischen Maxwellschen Gleichungen und bleibt in gewisser Weise auch in der Quantenelektrodynamik gültig.

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Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 937

Beitrag Frankx Verfasst am: 12. Okt 2022 15:58    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Oder soll man sich hier eher vorstellen, dass die Photonen auf ihrem Weg zum Fotopapier mehrere Male verschwinden und wieder auftauchen


Was würde passieren, wenn man an Stelle des Schirmes einen weiteren Doppelspalt (mit einem entsprechendem Schirm weiter hinten) positioniert und zwar
1. Fall: An einer Stelle, wo vorher eine konstruktive Interferenz sichtbar war.
2. Fall: An einer Stelle, wo vorher eine destruktive Interferenz sichtbar war.

Im Fall 1 würde ich wieder ein neues Interferenzbild auf dem Schirm erwarten, da hier ja am zweiten Doppelspalt die Photonen vorher auch vorhanden waren.
Ist das korrekt?

Was ist mit dem Fall 2?



.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 16:21    Titel: Antworten mit Zitat

Du darfst dir für jede Position des zweiten Doppelspalts vorstellen, dass davon eine neue Elementarwelle ausläuft, bei der du natürlich die Amplitude der einlaufenden Welle zugrunde legen musst.

Mathematisch für eine skalare Welle und einen Propagator G:



Dabei ist G so konstruiert, dass die Welle nur vorwärts in die Zeit propagiert, genauer gesagt, innerhalb des Lichtkegels.

Für den Doppelspalt und eine von einer Seite einlaufenden Welle wäre zunächst der Propagator im Material Null (genauer: exponentiell abfallend) und man würde auf der anderen Seite nur Beiträge aus dem Spalt selbst erhalten. Wenn am Spalt destruktive Interferenz vorliegt, dann verschwindet das Integral über den Spalt, weil die Welle unter dem Integral verschwindet (das Integral über die Wand verschwindet sowieso). Die Welle kann also nicht auf die andere Seite propagieren, weil der Propagator in der Wand verschwindet und weil die Welle im Spalt selbst Null ist.

(es ist mathematisch komplizierter, weil man nicht wie - bei bei Huygens angedeutet - nur über die Wellenfront integriert sondern über den gesamten Raum, aus dem die Welle einläuft; es läuft aber letztlich auf das selbe hinaus)

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Zuletzt bearbeitet von TomS am 12. Okt 2022 19:49, insgesamt einmal bearbeitet
planet-75



Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 12. Okt 2022 19:06    Titel: Antworten mit Zitat

An TomS: Danke für die anschaulichen Antworten.

Zu Deinem Beitrag von 14:41: ""Teilchenartig" erscheint das Photon ausschließlich bei der Detektierung; dazwischen bzw. "unterwegs" muss man mit einem Wellenmodell rechnen. Wie gesagt, wie man realistisch von einem zum anderen gelangt, ist nicht wirklich verstanden.":
Ich glaube, das teilchenartige ist die Möglichkeit, Impulse zu übertragen. Stimmt das? Das Analoge dazu bei der EM-Welle wäre vermutlich der Strahlungsdruck. Und bei einer Schall- oder Wasserwelle gibt es kein Äquivalent dazu, weil der alternierende Druck im zeitlichen Durchschnitt betrachtet nicht existiert.
Wäre es denn in diesem Zusammenhang nicht nahe liegend oder möglich, sich das Photon als Etwas sich (mit c) bewegendes vorzustellen – im Unterscheid zum erwähnten "Wassermolekül"?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2022 20:14    Titel: Antworten mit Zitat

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Wie gesagt, wie man realistisch von einem zum anderen gelangt, ist nicht wirklich verstanden.":

Genau ;-)

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Ich glaube, das teilchenartige ist die Möglichkeit, Impulse zu übertragen. Stimmt das?

Das funktioniert auch im Wellenbild. Wellen können sowohl Energie und Impuls tragen als auch übertragen.

Interessanterweise liefert die entsprechende Mathematik jedoch falsche Vorhersagen für bestimmte mikroskopische Phänomene - z.B. Hohlraumstrahlung, Photoeffekt - was letztlich einer der Auslöser für die Entwicklung der Quantenmechanik war.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Das Analoge dazu bei der EM-Welle wäre vermutlich der Strahlungsdruck. Und bei einer Schall- oder Wasserwelle gibt es kein Äquivalent dazu, weil der alternierende Druck im zeitlichen Durchschnitt betrachtet nicht existiert.

Letzteres ist kein Problem, die Mathematik funktioniert einwandfrei, und die liefert auch zutreffende Ergebnisse.

Wie gesagt, bei der elektromagnetischen Welle funktioniert die Mathematik auch, liefert jedoch Vorhersagen, die experimentell falsifiziert wurden. So müsste im Falle des Photoeffektes die Energie der Elektronen direkt proportional zur Intensität also dem Amplitudenquadrat der Strahlung sein - man beobachtet jedoch eine Proportionalität zur Frequenz.

planet-75 hat Folgendes geschrieben:
Wäre es denn in diesem Zusammenhang nicht nahe liegend oder möglich, sich das Photon als Etwas sich (mit c) bewegendes vorzustellen …

Könnte man zunächst meinen, ja.

Nur, wie kann ein einzelnes Photon zugleich Wellen- und Teilcheneigenschaften aufweisen? Ein Photon kann an einem freien Elektron gestreut werden (Comptoneffekt) und sich dabei teilchenartig verhalten, nur um sich anschließend im Rahmen eines Beugungsexperimentes wellenartig zu verhalten?

Das geht nicht zusammen, weswegen der Begriff des “Welle-Teilchen-Dualismus” geprägt wurde. Je nach Phänomen kommt mal die eine, mal die andere Beschreibung zur Anwendung. Aber das ist natürlich nicht der wahre Jakob - und wir vergessen den des “Welle-Teilchen-Dualismus” gleich wieder, weil er lediglich Unwissenheit hinter einem sprachlichen Konstrukt verbirgt.

Außerdem haben wir seit Jahrzehnten mit der Quantenelektrodynamik eine Theorie, die - bis auf die o.g. Problematik der Lokalisierung - letztlich alles quantitativ perfekt erklärt - die jedoch mathematisch ziemlich abstrakt ist und weder das klassische Wellen- noch das klassische Teilchenbild verwendet.

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Beitrag MBastieK Verfasst am: 13. Okt 2022 00:53    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo!

Ich denke, nach einer realistischen, d.h. 100%ig deterministischen, Physik kontrolliert forschen zu wollen, ergibt doch keinen Sinn!?!

Wäre dieses kontrollierte Forschen nicht insofern sinnlos, da es keine Kontrolle durch ein lebendes Wesen gibt, da kausal jede Handlung des Menschen schon vor Milliarden Jahren, d.h. eigentlich am Urnknall, feststand.

D.h. es(dieses Forschen) passiert einfach oder nicht, ohne kontrolliertes Zutun, weil es diese Kontrolle nicht gibt, da alles streng kausal.

Man kann ja niemanden vorwerfen oder dafür verantwortlich machen, dass er so eine Forschung nicht eingehen will, weil es Verantwortung oder, wie gesagt, Kontrolle nicht gibt.

Und die Realisten, wie Einstein, Schrödinger, Bell, sind auch nur Realisten, weil es kausal am Anfang des Universum schon feststand.
Jedenfalls alles aus dieser Warte heraus argumentiert.

Genauso wie dieser Satz, den ich jetzt schreibe, auch schon vor Milliarden Jahren feststand.
Und wenn ich jemanden beleidigen würde, könnte auch niemand sauer sein, weil dies alles auch schon feststand. Obwohl das darauffolgende Sauer- oder Nicht-Sauer-Sein auch nicht unter menschlicher Kontrolle steht. Soviel zu emotioneller Intelligenz.

Das was ich hier schreibe ist natürlich insofern anzuzweifeln, falls es Realismus und freier Wille gleichzeitig gibt.

Nette Grüsse
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 937

Beitrag Frankx Verfasst am: 13. Okt 2022 19:52    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Du darfst dir für jede Position des zweiten Doppelspalts vorstellen, dass davon eine neue Elementarwelle ausläuft, bei der du natürlich die Amplitude der einlaufenden Welle zugrunde legen musst.


So wie ich das verstanden habe, dürfte also hinter dem 2. Doppelspalt bei destruktiver Interferenz kein neues Interferenzbild erscheinen, weil gar keine Photonen diesen Doppelspalt passieren.


.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 13. Okt 2022 22:59    Titel: Antworten mit Zitat

Ja.

Wenn im Bereich des zweiten Doppelspalts vollständige destruktive Interferenz aufgrund des ersten Doppelspaltes vorliegt, dann bleibt es hinter dem zweiten vollständig dunkel.

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Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 14. Okt 2022 21:46    Titel: Antworten mit Zitat

Zu: "Je geringer die Intensität der Welle, desto weniger Photonen sind dort vorhanden."
Angenommen, das Experiment würde während einer sehr kurzen Zeitspanne (t<1/f) durchgeführt, mindestens theoretisch:
Könnte bzw. sollte die Intensität (bezogen auf die Photonen-Häufigkeit) dann auch zeitabhängig betrachtet werden?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 15902

Beitrag TomS Verfasst am: 14. Okt 2022 22:31    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, weil die Wahrscheinlichkeitsdichte (als Absolutquadrat der Wellenfunktion) normalerweise zeitunabhängig ist.
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Anmeldungsdatum: 27.11.2020
Beiträge: 27

Beitrag planet-75 Verfasst am: 14. Okt 2022 22:37    Titel: Antworten mit Zitat

OK, Danke.

Betr. Dunkelheit ... (gelöscht)


Zuletzt bearbeitet von planet-75 am 15. Okt 2022 09:19, insgesamt einmal bearbeitet
TomS
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Anmeldungsdatum: 20.03.2009
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Beitrag TomS Verfasst am: 14. Okt 2022 23:00    Titel: Antworten mit Zitat

Ich verweise nochmal auf die Formel.

Die Welle in einem Bereich B’ berechnet sich als Integral über einen anderen Bereich B. Wenn in diesem letztgenannten Bereich B die Amplitude der Welle verschwindet, dann kann daraus schlichtweg nichts zu einer Welle im Bereich B‘ beitragen.

Soweit klar?

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