Doppelspaltexperiment (Mikro / Makro)

M_Paehlke · Anmeldungsdatum: 20.05.2007 Beiträge: 3 Wohnort: Landolfshausen

Gibt es folgendes Experiment schon?

Experimentaufbau(nur Gedanklich ausgeführt bisher):
Zutaten:
-Ein mehrere (8)Meter hohes Gefäß - Zylinder aus Glas - (Tonne). Durchmesser ca. 1 Meter.
- Diese Tonne zu 3/4 mit Wasser gefüllt.
- In halber Höhe der Tonne eine Trennscheibe angebracht, in der 2 Schlitze sind, so dass der Durchmesser gedrittelt ist.
-Sand.

Wenn ich die wirklichen Doppelspaltexperimente nehme, bei denen das Experiment quasi waagerecht ist(wobei die Lage des Doppelspaltexperiments natürlich egal ist), muss dies vertikal aufgebaut sein, ansonsten ~ gleich.

Experiment:

Genau über der Mitte der Tonne(muss nicht sein, kann auch über den Schlitzen direkt sein) lasse ich nun Sand ins Wasser rieseln.
Der Sand(Körner möglichst gleich groß), rieselt nun gleichmäßig durch die 2 Schlitze in die untere Hälfte der wassergefüllten Tonne.

Ergebnis:

Wie ist nun das Bild(Formatierung / Anordnung) des Sandes auf dem Boden der Tonne? Ist das Bild im Prinzip so, wie beim wirklichen Doppelspaltexperiment?

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Fragen:

Die Größenangaben habe ich nur geschätzt.
- Vermutung, je höher die Tonne, umso klarer zeichnet sich ein Interferenzmuster ab.
- Viele Variationen des Experiments scheinen möglich, + nur eine sehr effektiv.

Vermutung:
Wenn sich nun ein Interferenzmuster am Boden der Tonne abzeichnet, ist es dann so zu verstehen, das das Sandkorn das Wasser in Wellenform Teilchen für Teilchen nach außen und hochschiebt? Sich die 2 'Schlitzwellen' beeinflussen...

Wenn ich nun die Größe des Sandkorns, und die ~Wasserteilchengröße in Bezug zueinander setzte...

Die Sandkörner, verwandeln sich natürlich nicht in Materiewellen, ganz klar. Jedoch, löst die Materie(Sandkorn) Wellen aus, im Medium Wasser.

Wenn dem so ist, ist es dann nicht auch so, dass errechenbar wäre, wie groß die 'Effektverursacher' im bisher unbekannten Medium(~bisher nicht vorhanden) im richtigen Doppelspaltexperiment sind. Wie groß, von bis... Da im richtigen Doppelspaltexperiment ja auch eine gewisse 'Wirkungsbreite' existiert...

Wie fern liegt es, wenn die Effekte(Mikro - Makro) vergleichbar sind auch das Prinzip - die Mechanik gleichzusetzen?

Kann es dann nicht sein, dass die bisherigen Gleichungen genau dies 'unbekannte Medium' beschreiben?

Im Voraus Vielen Dank
M_Paehlke
(Hoffe es ist verständlich, so gut ich es mir vorstellen kann, so schwer ist es auszudrücken)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

(Ich habe diesen Thread mal von der Quantenphysik in die Mechanik zu den Schwingungen und Wellen verschoben, da dürfte er besser hinpassen.)
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//edit: Der Thread hat sich mittlerweile doch eindeutig als Quantenphysik-Thread herausgestellt, ich verschiebe ihn also wieder zurück smile

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Verstehe ich dich richtig, dass du in deinem Gedankenexperiment versuchen möchtest, ein Interferenzmuster in Form eines Musters im Sand sichtbar zu machen?

Dein bisheriger Experimentvorschlag scheint mir in einigen Punkten noch nicht so geschickt entworfen zu sein, dass man damit leicht Interferenzmuster beobachten könnte:

Ein Sandkorn, das ins Wasser plumpst, macht sicher keine so schöne starke und gleichmäßig schwingende Welle wie andere Wellenerzeugungsmethoden.
Viele Sandkörner, die irgendwo und irgendwann ins Wasser fallen, erzeugen ein solches Wellendurcheinander, dass man damit wohl keine schönen Doppelspaltinterferenzversuche durchführen kann.
Unterwasserwellen scheinen mir schwieriger schön zu erzeugen und zu beobachten zu sein als zum Beispiel einfach Wasseroberflächenwellen.
Damit die Sandkörner unten nicht einfach nur Häufchen unter den Spalten bilden, müsste man wohl am besten eine möglichst starke und gleichmäßige (also anders als durch ins Wasser fallende Sandkörner erzeugte) Welle durch den Doppelspalt schicken und möglichst feinen Sand auf dem Boden des Gefäßes verteilen, vielleicht sieht man dann am Ende das Interferenzmuster der Wasserwellen im Sand.

Ich kenne einen Versuchsaufbau (das sogenannte Kundtsche Rohr), der vielleicht Ähnliches zeigt wie das, was du in deinem Gedankenexperiment ansprechen wolltest:

Eine Schallwelle in einem Rohr, die mit einer in entgegengesetzer Richtung laufenden Schallwelle zu einer stehenden Welle interferiert. An den Interferenzmaxima ("Geschwindigkeitsbäuchen") wehen die starken Hin- und Herbewegungen der Luft Staubteilchen weg, an den Interferenzminima der stehenden Welle ("Geschwindigkeitsknoten", 'Windstille') bleibt der Staub liegen, und so sieht man die stehende Welle als Muster.

http://kaluza.physik.uni-konstanz.de/DP/dparchiv/dp2003/haas/Kundtsches%20Rohr.html

Um die Welle zu erzeugen, nimmt man in diesem Versuch einfach einen Lautsprecher. Um Interferenz zu bekommen, reflektiert man den Schall einfach am Ende des Rohres (und wählt die Rohrlänge passend). Und um das Interferenzmuster schön sichtbar zu machen, nimmt man nicht Sand, sondern noch kleinere und leichtere Teilchen, nämlich Korkstaub, damit gehts besser. smile

Da die Luftteilchen in diesem Versuch zum Kundtschen Rohr sicher viel, viel kleiner sind als die Korkstaubteilchen, sieht man hier auch sehr schön, dass es hier nicht so sehr allein auf die Teilchengröße ankommen kann, sondern vielmehr von der "Windstärke" (Intensität) der stehenden Welle an den Interferenzmaxima und vom Gewicht der Staubteilchen sowie von der Windschlüpfrigkeit der Staubteilchen abhängt, ob sie stark mit dem Wind der stehenden Welle wechselwirken und sich leicht aufwirbeln und durch die Gegend pusten lassen oder nicht, und ob man da also ein schönes Muster bekommt oder nicht.

M_Paehlke · Anmeldungsdatum: 20.05.2007 Beiträge: 3 Wohnort: Landolfshausen

Vielen Dank für deine(dermarkus) Kritik.
Ich versuche mir die Mechanik vorzustellen, was wirkt da verändernd?

Es wären viele Sandkörner die durch die 2 Schlitze ins untere ruhige Wasser rieseln. Durch das höhere spezifische Gewicht der Sandkörner drückt das Sandkorn die Wasserteilchen raus, durch die Schlitze. Dies verursacht eine Welle nach der anderen. So wie die Sandkörner ungleich größer sind als die im wirklichen DS-Experiment benutzen 'Quanten', so ist auch das Medium Wasser ungleich mehr ... als das Vakuum. Die vielen kleinen Wellen sollten eine Wirkungsrichtung ausmachen. Eine Welle besteht vielleicht aus vielen kleinen Wellen. Eine Welle ist nie 'Eins' ein 'Teil' ein 'Stück', denke ich mir.

Das es so ist, wie gesagt wird, bezweifele ich nicht, jedoch, kann ich mir nicht vorstellen, das Teilchen zu Wellen werden. Vorstellen kann ich mir, das Teilchen Wellen auslösen, in 'irgendwas', und ihr Weg also durch die Welle bestimmt wird. Und, ich kann mir auch vorstellen, dass sich Wellen überlagern...
Die Gleichungen, die dies beschreiben, beschreiben wohl das Ergebnis dessen was wir sehen, jedoch nicht wie es dazu kommt, was wirkt. Und die Gleichungen beschreiben dadurch auch vielleicht genau das was wir nicht sehen, und der Verursacher ist, kann ich mir vorstellen.
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Ferner, irgendwo hab ich gelesen, das sogar mit ganzen Molekülen das DS-Experiment erfolgreich gemacht wurde. Und, das sich aus einer Welle ein ganzes Molekül aufbaut, erscheint mir nicht nachvollziehbar.

Jedoch, selbst wenn mein Experiment vergleichbare Interferenzen zeigen würde, hieße das vielleicht nicht unbedingt das beide Experimente vergleichbar sind.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ach so, du verfolgst das Ziel, dir vorstellen zu können, was eine Materiewelle ist smile

Ich kann deine Schwierigkeiten nachvollziehen bei dem Versuch, dir vorzustellen, wie ein Materieteilchen zu einer Welle wird. Denn erstens entspricht die zugehörige Physik nicht unserer Anschauung aus der Alltagswelt, das macht die Sache schonmal schwieriger.

Und vor allem, zweitens, wird ein Materieteilchen gar nicht umgewandelt in eine Materiewelle, ebensowenig wie eine Materiewelle in ein Materieteilchen umgewandelt wird. Also kann und braucht man sich gar nicht vorstellen, wie ein Teilchen zu einer Welle wird: Denn Materie ist immer beides gleichzeitig: Teilchen und Welle!

Und je nachdem, welche Experimente man an so einem Teilchen, das gleichzeitig eine Welle ist, durchführt, zeigt es seine Teilcheneigenschaften oder seine Welleneigenschaften.

Genauso ist es mit Licht: Das ist auch Welle und Teilchen gleichzeitig! Wenn man mit Licht ein Doppelspaltexperiment macht, dann zeigt das Licht seine Welleneigenschaften, wenn man mit Licht Experimente zum Photoeffekt macht, dann zeigt es seine Teilcheneigenschaften.

Würfelspieler · Anmeldungsdatum: 27.05.2007 Beiträge: 3

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich habe nicht gesagt, es sei einfach, sich vorzustellen, ein Photon sei Welle und Teilchen gleichzeitig.

Denn es ist ja zunächst mal auch gar nicht so einfach, sich vorzustellen, was in der winzigen Quantenwelt passiert, weil sich das von dem, was wir aus unserer "großen" und "anschaulichen" Alltagswelt kennen, unterscheidet.

Natürlich ist so ein Photon weder immer nur das, was wir unter einem Teilchen verstehen, noch immer nur das, was wir unter einer Welle verstehen. Eine Welle, die man auf eine Wand mit einem Doppelspalt schickt, geht durch beide Spalte gleichzeitig, und ergibt ein Doppelspaltinterferenzmuster hinter dem Doppelspalt. Ein Teilchen, das an einer bestimmten Stelle auf einen Detektor trifft, sagt ja, wenn der Detektor es fragt: Bist du hier?

Ein Photon ist ein Lichtteilchen, das an mehreren Orten gleichzeitig sein kann. Und das durch beide Spalte eines Doppelspaltes gleichzeitig hindurchfliegen kann. Ein Photon ist eine Lichtwelle, die, wenn sie auf eine Photoplatte trifft und an verschiedenen Stellen gefragt wird "Bist du hier?", nicht überall an allen Stellen, an denen sie auftrifft, ein bisschen ja sagt, sondern an irgendeiner dieser Stellen ganz ja sagt und das Silberiodidkorn an dieser Stelle der Photoplatte schwärzt.

Nun mag man angesichts dieser experimentellen Ergebnisse überrascht sein und sagen: Das kann ich mir schwer vorstellen, das ist aber unanschaulich, ich finde das ziemlich schizophren, ein Photon kann doch nicht mal komplett so sein wie eine Welle und mal komplett so sein wie ein Teilchen. Da müsste es sich doch zwischendurch immer jeweils von einer Welle in ein Teilchen oder von einer Welle in ein Teilchen umwandeln.

Das Photon selbst wird erstaunt sagen: Ich finde so etwas überhaupt nicht schizophren. Ich bin einfach immer nur ein ganz normales Photon smile

Und vielleicht fügt es verschmitzt lächelnd hinzu: Ihr Menschen seid ja auch mal Bahnfahrer und mal Autofahrer, und ihr findet das weder schizophren noch müsst euch dafür zwischendurch irgendwie in etwas anderes verwandeln. Würdet ihr euch als ein Zwischending zwischen Bahnfahrer und Autofahrer bezeichnen wollen? Augenzwinkern

M_Paehlke · Anmeldungsdatum: 20.05.2007 Beiträge: 3 Wohnort: Landolfshausen

Moin,
danke dir dermarkus, und danke dir der Würfelspieler

endlich wieder Zeit. Danke für die Geduld. So leicht gebe ich nicht auf.

Wenn ich nun annehme, dass der Weg des Photons in einem 'Vakuum' in dem wirklichen DS zusätzlich(wohl bestimmend ausschließlich[von 0 bis >0]) von einem Medium bestimmt wird, welches wir nicht kennen, in dem jedoch Wellen ausgelöst werden können(wie wir sie kennen), hätte ich dann nicht dieselben Messergebnisse, wie, wenn ich zusätzlich davon ausgehe, dass der Geschwindigkeitsverlust, den das Teilchen durch verursachen der Welle erleidet für uns nicht messbar ist(wir diesen noch nicht messen konnten), und der Weg des Teilchens durch die vom Teilchen ausgelöste Welle bestimmt wird?

So wüssten wir um verschiedenes noch nicht, jedoch das Prinzip der Mechanik wäre verstehbar. Warum, wäre es eher ausschließlich falsch anzunehmen, es gäbe ein Unbekanntes Medium mit einer Geschwindigkeitsverlusterklärung als anzunehmen, dass sich etwas ohne Grund ohne Energieaufwand verändert, oder verhält?

Wie gesagt, es ist leichter, sich etwas abgelenkt(z.B. durch Wellen) vorzustellen, als sich etwas vorzustellen, was sich verändert, ohne 'erkennbaren' Energiewechsel + - ?
Und, weiß jemand, wie zeitversetzt die Photonen auftreffen, wie lang ihr Weg war, hieraus müsste hervorgehen, dass sie nicht jeden möglichen Weg genommen haben können. Gut, wie schnell Licht beschleunigt, weiß ich nicht, und wie viel Energie ist nötig, um etwas mit der Masse(Licht-Photon) von annähernd 0 in exakt 0 Sekunden auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, weiß ich auch nicht, deswegen sei hier die Wegablenkung der Wellen gleich 0 gesetzt, trotzdem bleibt doch der Weg und die Zeit länger...?

By the way,
Ein anderes Gedankenexperiment:
Warum das Bein nicht abfällt?
Wenn ich ein Bein über das andere schlage, den Unterschenkel des
einen Beines also beschleunige, sich dieses also in einer (bisher)nicht
messbar anderen Zeit befindet, quasi verschieden schnell altert, warum
fällt es dann nicht einfach ab?
Was für eine zeitliche Diskrepanz ist notwendig, um physikalisch
aneinander 'haftende' Teile zu entzweien? Bzw. ist die Kraft die wir
aufwenden um etwas zu entzweien, das unbedingte Äquivalent dazu? Ist
es vielleicht so, dass wir den Zusammenhalt einer Sache nur entzweien
können, indem wir mit dem verübtem Kraftaufwand nicht nur den
physikalischen Zusammenhang der 3 Dimensionen(Raum) entzweien
sondern auch Kraft auf die 4.te Dimension(Zeit) verwenden? Hilft mir
hier die Vorstellung eines 'Abriss' weiter? Wenn verschiedene
Geschwindigkeiten letztendlich verschiedene Zeiten/Abläufe bedeuten...
als es dann unzählbar viele verschiedene Zeiten in einem Qubikmeter
Raum gibt,...

Die Kraft, die ich brauche, um ein Stück Eisen zu zerreißen, müsste
demnach größer sein, als die Kraft die allein nötig ist um die
physikalischen Eigenschaften zu entzweien, vielleicht auf der Erde kaum
messbar / vielleicht Höhendifferenz und damit
Geschwindigkeitsdifferenz? Nun, hier ... wenn ich auf einer Erdkugel,
die sich gen Osten dreht, müsste ich die Kraft, die Richtung Westen ein
Objekt entzweien soll, dann wohl höher ansetzen, nicht aus dem
alleinigen Grund der Überwindung des Zeitunterschiedes...?
Oha, da mach ich mir noch mal Gedanken... Und ,
ich danke M_Paehlke;
ps.
Immer komme ich an, welchen Weg ich aber zusammen mit der mich
bestimmenden Bugwelle nehme(und den Klippen [Spalten]), ist immer
eindeutig in Echtzeit. Wenn ich auch nicht weiß, wo ich genau lande, und
dies auch in naher Zukunft nicht(absolut, was auch sinnlos sein muss)
bestimmen können werde, weiß ich wohl dass ich ankomme, ohne mich
zu verwandeln(es hinkt, ich werde älter, bin jedoch immer geblieben was
ich bin, und in meiner Reaktion sichtbar.[Jeder Frosch sah mich SW, du in
Farbe]). PPS. so gesehen, ich denke die Zeit ist sehr wichtig... danke nochmal.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

sparhawk · Anmeldungsdatum: 22.05.2007 Beiträge: 12

Würfelspieler · Anmeldungsdatum: 27.05.2007 Beiträge: 3

sparhawk · Anmeldungsdatum: 22.05.2007 Beiträge: 12

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

@sparhawk: Die Bilder, die du verwendest, scheinen mir etwas durcheinanderzubringen:
Wenn man hört, in der Quantenphysik sei von Wellen und Teilchen die Rede, und man versucht sich dann anschaulich irgendeine Situation vorzustellen, in der sowohl ein Teilchen als auch eine Welle vorkommen, dann hat das längst noch nichts mit Quantenmechanik zu tun.

Dein Wassertropfen und deine Wasserwelle sind unterschiedliche Dinge, die sich gegenseitig anstoßen. Der Wassertropfen ist ein "Stück Wasser", aber wenn wir hier von Teilchen und Welle im Wasserwellenbild sprechen wollten, dann müssten wir ein "Stück Wasserwelle" nehmen, und das ist überhaupt nicht dasselbe wie ein Stück Wasser!

Und das Teilchen "Stück Wasserwelle" und die Welle "Wasserwelle" müssen sich dann natürlich auch nicht gegenseitig irgendwie anstoßen. Das Stück Wasserwelle ist vielmehr eine "Schwingungsportion Wasserwelle".

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@Würfelspieler:

Deine Herangehensweise, die Welleneigenschaften und die Teilcheneigenschaften anzuschauen, scheint mir ziemlich erfolgreich, so bekommt man ein gutes Gespür dafür, inwiefern das Quantenobjekt eine Welle ist und inwiefern es ein Teilchen ist.

Ein "Zusammenziehen" oder ein "Zusammengedrücktwerden" der Welle bei der Messung will man sicher nicht zu wörtlich meinen, um offen zu bleiben für das, was auch immer da "im Hintergrund" passieren mag.

Den Zusammenhang zwischen "Welle" und "Teilchen" in der Quantenmechanik würde ich in kurzen Worten so verdeutlichen:

An den Stellen, wo die Welle am stärksten schwingt, wird sich das Teilchen bei der Messung am ehesten zeigen. (Konkret: Das Betragsquadrat der Amplitude der Wellenfunktion an einem Ort gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der das Teilchen an diesem Ort detektiert wird.)

sparhawk · Anmeldungsdatum: 22.05.2007 Beiträge: 12

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

sparhawk · Anmeldungsdatum: 22.05.2007 Beiträge: 12