Physik?
Hi, ich habe eine Frage die mich die ganze Zeit beschäftigt,
ihr kennt sich bestimmt die Quantenphysik, zum Beispiel den Doppelspalt mit einzelnen Photonen oder Elektronen die durch den doppelspalt geschossen werden.Diese befinden sich dann vor dem messen in einer superposition, nachdem man dann messen tut,entscheidet der Zufall wo sich das Elektron befinden,
meine Frage, woher weiß Man dann, dass sich das Photon in einer suoerposition befindet wenn man beim Messvorgang bzw beim beobachten kein interferenzmuster sehen kann?
4 Antworten
Das ist letztlich ein Rückschluss aus vielen Beobachtungen. Bei einer Einzelbeobachtung weist man ein einzelnes Teilchen an einem einzelnen Punkt nach - das ist natürlich kein Interferenzmuster.
Dass wir bei vielen Teilchen ein Interferenzmuster erhalten, betrachten wir als eine Bestätigung der Wellenmechanik.
Letztlich ist dies wie immer in der Physik - wir suchen eine Hypothese, die die Natur genauer oder wenigstens ebenso genau beschreibt wie andere Hypothesen (einschl. der bisherigen Theorien), und wenn eine Hypothese die Natur besser beschreibt als die übrigen (oder ebenso gut, aber einfacher ist), wird sie zur Theorie erhoben.
(Wie gut die Natur beschrieben wird, wird durch Experimente festgestellt, und die bisherigen Theorien gehen natürlich in die Messungen mit ein - angefangen bei der Theorie des Messgeräts. Aber das wäre Thema eines eigenen Seminars.)
Das Doppeltspalt-Experiment ist ein Versuchsaufbau, dass hinter einer Wand mit lediglich 2 dünnen Spalten eine weitere Wand mit Sensoren aufgestellt hat, die aufzeichnen, wann Licht (Photonen) ankommen.
Dann wird vor der ersten Wand ein Photonen-Emitter aufgestellt und es wird aufgezeichnet, wo dide Photonen auf der hinteren Wand auftreffen.
Damit wird nachgewiesen, dass sich Photonen wie Teilchen verhalten, wenn sie beobachtet werden, als auch wie eine Welle, wenn sie unbeobachtet sind.
Der Unterschied ist, dass Teilchen gradeaus durch den Spalt fliegen, sich eine Welle aber hinter dem Spalt in alle Richtungen ausbreitet, so dass die Sensoren, wenn der Aufbau nicht beobachtet wird, wesentlich mehr Fläche trifft, als wenn man es beobachtet.
Den Grund kann man sicher nur spekulieren, aber ich tippe mal stark drauf, dass es was mit den Photonen selbst zu tun hat, die von anderen Photonen beeinflusst werden, wenn man den Aufbau beobachtet. Den Photonen einen Willen zu unterstellen, wäre sehr sehr sehr weit hergeholt.
Hier eine Beschreibung incl Skizzen. https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/doppelspaltexperiment-durchfuhrung-und-beobachtungen-1945
Dort ist auch die Superposition erwähnt und verlinkt.
indem sie sensoren aufzeichnen, was sie bekommen haben - oder du nimmst Fotoempfindliches Papier - beispielsweise wie bei alten Foto-Filmen, die per Belichtung ihre Eigenschaften ädnern.
"Wissen" tut man das tatsächlich gar nicht. Es handelt sich (wie bei so vielem in der Physik) um ein Modell. Dieses konkrete Modell der Quantenphysik ist sogar sehr umstritten, da es einige Interpetationsmöglichkeiten gibt.
Die Sache ist die: Erwin Schrödinger hat sich alle durch Experimente bekannten Tatsachen angeschaut. Man wusste, dass Teilchen Welleneigenschaften haben müssen (Elektronen beugen wie Licht an Kanten und Spalten, Es gibt Interferenzeffekte, etc.), aber auch Teilcheneigenschaften sind zu beobachten (Licht hat einen Impuls, genutzt von bspw. Sonnensegeln, Elektronen können vereinzelt durch Felder beschleunigt werden, etc.). Durch Berücksichtigung dieser Tatsachen, kam dann schließlich die Schrödingergleichung zustande. Diese beschreibt wie sich Systeme (also z.B. Elektronen, Photonen, ...) verhalten, wenn man alle Einflüsse kennt.
Die Lösungen dieser Gleichung sind (komplexe) Wellenfunktionen. Nun kann man diese Wellenfunktionen noch mit der Aufenthaltswahrscheinlichkeit in Verbindung bringen und dann hat man die Grundbausteine der theoretischen Quantenmechanik. Dass das System vorher in einem Überlagerungszustand war, ist dann reine Interpretation (z.B. enthalten in Kopenhagener Deutung). Wie das genau aussieht ist auch eigentlich nicht wichtig. Die Theorie sagt gut voraus, was passiert, wenn man ein bekanntes System irgendwie beeinflusst, und das reicht aus.
Ob das vorher eine Überlagerung war, sich bei dem Einfluss die Dimension ändert (viele Welten Interpretation), sich das Teilchen vielleicht doch deterministisch bewegt (De-Broglie-Bohm Theorie) ist dann mehr Philosophie.
Vielleicht wechselwikt das Elektron, oder was auch immer, mit den Messapperaten. Es muss ja irgendwie mit irgendwas wechselwiken, um es nachzuweisen. Diese Viecher sind ja viel zu klein, um sie so einfach zu beobachten. Kann es nicht sein, dass dabei das Teilchen beeinflusst wird und die Wellenfunktion zusammenbricht?
Ja richtig. Der Messprozess in der Quantenphysik steht immer für eine Wechselwirkung, welche irgend eine Information über den Zustand freigibt. Falls dieser Zustand vorher als Superposition undefiniert war, zwingt man das Universum durch eine “Messung” sich zu entscheiden. Man kann ja immerhin nur eine eindeutige Größe als Messergebnis bekommen. Dies nennt man dann auch den Kollaps der Wellenfunktion.
Diese Wechselwirkung ist aber genau das, was man mit “Messung” meint. Selbst wenn man Elektronen optisch wahrnehmen könnte, wäre das eine Wechselwirkung zwischen dem Teilchen und einem oder mehrere Photonen. Nur diese Wechselwirkung verursacht den Kollaps, nicht die Tatsache, dass ein bewusster Beobachter dies auch wahrnimmt. Das wird häufig verwechselt.
Ich glaube du meinst nicht das Doppelspaltexperiment sondern die Koppenhagener Deutung. Diese wird heutzutage oft in Dokus oder auf Youtube kartoonhaft dargestellt.
Ja danke ich habe das schon vorher gewusst aber wie konnte man das herausfinden, wenn man beim beobachten das interfernzmuster nicht sehen kann
verstehst du was ich meine?