Warum verhalten sich Photonen beim Doppelspaltexperiment bei Beobachtung anders?
Wieso wissen Photonen, dass sie beobachtet werden? Hat das was mit der Unschärferelation zu tun? Die Photonen werden doch bei dem Doppelspaltexperiment aber mit einem Detektor gemessen und nicht mit einem Lichtstrahl, der die Photonen beeinflussen kann. Und außerdem: WENN es was mit der Unschärferelation zu tun hat, würde das ja nur bedeuten, dann man Ort und Impuls der Photonen nicht gleichzeitig messen kann, aber das würde ja eben NICHT bedeuten, dass das Interferenzmuster nicht mehr sichtbar wird. HILFE!!!
4 Antworten
erstens einmal beinflusst der Detektor die Photonen sehr wohl, er "schluckt" sie sogar. Ein detektiertes Photon läuft dann nach dem Spalt nicht mehr weiter, aber das nur mal so als technisches Deteil.
Zuerseinmal musst du verstehen, was Kohärenz bedeutet. Auch wenn du das Experiment nicht mit einzelnen Photonen sondern mit einem "normalen" Lichtstrahl machst, wird es nicht funktionieren, wenn du einfach eine Glühbirne davor hinstellst. Sowas macht man normal mit einem Laser, eben weil der hochkohärentes Licht aussendet. Das bedeutet, dass die Phasenbeziehungen der Welle untereinander konstant sind und nicht irgendwie zufallsverteilt. Wenn das Licht nämlich nicht kohärent ist, wirst du niemlas ein Interferenzmuster sehen. http://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4renz_%28Physik%29
Das heißt, auch wenn du einen Laser verwendest und den einen Strahl durch einen Spalt irgendwie "außer Takt" bringen würdest , dann würdest du sicher auch kein Interferenzmuster sehen. Wie das Doppelspaltexperiment mit Wellen funktioniert sollte dir klar sein, bevor du dich an die Teilchen heran machst.
Nun zu deiner Frage woher die Photonen "wissen", dass sie beobachtet werden (und "beobachten" hat hier überhaupt nichts mit Bewusstsein oder so irgendwas zu tun, falls du das mal wo gelesen hast. Es geht hier nur um eine Wechselwirkung mit irgendwas anderem). Photonen, Elektronen und überhaupt alles wird in der Quantenmechanik nämlich durch eine Wellenfunktion beschrieben, genau deshalb können sie auch Welleneigenschaften zeigen. Diese Wellenfunktion hat keine "echte" physikalische Bedeutung, sie gibt nur die Aufentahltswahrscheinlichkeit des Teilchens bei einer Messung an. Große Amplitude --> große Wahrscheinlichkeit und umgekehrt. Diese Welle wird ähnliche wie eine klassische Welle durch die beiden Spalte "laufen", mit sich selbst interferieren und am Ort des Schirms wird sich die Verteilung des Interferenzmusters ergeben. (nochmal: diese "Welle" ist nur ein mathematisches Konstrukt). Das heißt die Funktion der Wahrscheinlichkeit, wo du das Photon schließlich am Schirm antreffen wirst, hat dasselbe Muster wie das klassische Intereferenzmuster, und daher wird man bei sehr vielen Photonen auch eben dieses sehen.
Tritt nun irgendeine "Störung" an den Spalten auf, etwa dadurch, weil man das Photon an einem der Spalte messen will (jede Messung beinhaltet eine Wechselwirkung), wird eben diese Wellenfunktion geändert und verliert dadurch ihre Kohärenz. Dann gibts keine Interferenz mehr (weil die Berechnung ist die selbe wie bei klassischen Wellen) und damit wird auch die Verteilung der Photonen anders aussehen.
Wenn nur eine "leichte" Störung vorliegt, etwa eine sehr ungenaue Messung, dann wird das ganze System nur leicht außer Schritt gebracht und man erhält vielleicht ein verschwommenes Interferenzmuster, aber dafür kann man halt auch nicht genau sagen welchen Weg das Photon genommen hat.
Information über den tatsächlichen Weg eines Photons und das Muster am Schirm schließen sich aus!. Und solange keine Messung an einem der Spalt durchgeführt wird, ist es auch nicht zulässig davon zu sprechen, dass das Photon überhaupt einen bestimmten Weg geht.
Auch wenn du das Experiment nicht mit einzelnen Photonen sondern mit einem "normalen" Lichtstrahl machst, wird es nicht funktionieren, wenn du einfach eine Glühbirne davor hinstellst.
Einspruch Euer Ehren, ich mache für Demonstrationen in Feld und Flur einfach mal das Experiment mit ganz normalem Sonnenlicht. Natürlich erhält man bei weißem Licht dann kleine "Regenbögen" auf Grund dessen, daß der weißes Licht eben nicht nur eine Wellenlänge hat. Manchmal nehme ich auch einfach zwei Haare und habe dann eine Interferenz der Schatten.
Warum einfach, wenn es auch kompliziert geht. ;-)
Gruß Abahatchi
Hallo Reggid, es gibt schon seit langem geänderte Versuchsanordnungen, bei denen man nicht am Spalt mit den Photonen in Wechselwirkung tritt. Bevorzugt wird dabei ein Prisma genommen, an dem ein Photon absorbiert wird und dann zwei verschränkte Photonen mit "halber" Energie emittiert werden.
Legt man das in der Allgemeinheit verankerte Verständnis von Zeit zu Grunde, scheint durch die Messung das Geschehene rückwirkend geändert zu werden. Also, eine Beeinflussung der Vergangenheit.
Ich glaube er kannte einfach Dekohärenz nicht und stützte sich auf die Kopenhagener Deutung , denn da lässt si h wirklich fragen , woher das Photon wisse, ob es gemessen wird. Es heisst ja : Die Welle fu ktion kollabiert dur ch einen BEWUSSTEN BEOBACHTER, die Dekohärenz sagt aber : Die Wellenfunktion kollabiert dur h WECHSELWIRKUNGEN MIT DER UMWELT
weil ihnen durch die beobachtung ein wert zugewiesen wird wenn die beobachtung wegfällt befinden sie sich in der superposition und sind teilchen mit eigenschaften einer welle
Wegen der Kopenhagener Deutung: Vor dem Messen, kann ein Teilchen an beliebig vielen Orten sein (Stichwort Nichtlokalität). Demzufolge, gibt es auch viele mögliche Zustände. Erst zu Beginn der Messung (Einbau von Detektor), gibt es nur einen festen Zustand, und deswegen verhalten sie sich auch anders. Die Theorie, wird leider immer wieder durch die Theorie der Dekohärenz verdrängt.
Nichtlokalität hat damit nichts zu tun, das ist etwas anderes, außerdem verdrängt die Dekohärenz dieses Prinzip nicht, sondern sie erweitert dieses.
Tja, das ist das Verblüffende an der Quantenphysik...oder wie Richard Feynman einst sagte: "Wer behauptet, die Quantenphysk zu verstehen, versteht sie nicht".