Doppelspalt-Experiment - Quantenphysik einfach erklärt

Thu, 15 Sep 2022 21:49:01 +0000

Dr. Quantums rätselhafte Quantenwelt (Teil 1/2): Das Doppelspalt-Experiment / Der Doppelspalt-Versuch.

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Beim Doppelspaltexperiment lässt man monochromatisches Licht (Strahlung einer genau definierten Wellenlänge) durch eine Blende mit zwei schmalen, parallelen Schlitzen treten. Auf einem Beobachtungsschirm hinter der Blende zeigt sich dann - durch die Interferenz des Lichtes welches die beiden Blendenöffnungen passiert - ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen.

Das Experiment kann nicht nur mit den "Wellen des Lichts, sondern auch mit seinen und anderer Art "Teilchen" (Elektronen, Neutronen, Atomen, Fulleren-Molekülen usw.) durchgeführt werden. Es zeigt sich auch in diesen Fällen ein Interferenzmuster wie bei der Durchführung mit Licht. Das bedeutet, dass auch klassische Teilchen unter bestimmten Bedingungen Welleneigenschaften zeigen - man spricht dann von "Materiewellen".

Mit dem Doppelspaltexperiment kann man so den Welle-Teilchen-Dualismus demonstrieren, der nur im Rahmen der Quantenmechanik erklärt werden kann. Dieses Gesetz gilt aber nicht nur aus Gründen des Welle-Teilchen-Dualismus als das wichtigste Experiment der Quantenmechanik. Es ist zugleich ein hervorragendes Beispiel dafür, wie die Quantenmechanik unsere Weltanschauung verändert.

Folgerungen aus den Beobachtungen für die Quantenmechanik

Betrachtet man die quantenmechanische Beschreibung des Experimentes, so fällt eine wichtige Tatsache auf: Der Beobachter muss in die Experimente miteinbezogen werden, da er durch die Detektion bzw. Messung des genauen Weges eines bestimmten Teilchens den Ausgang des Experimentes entscheidend verändert (überraschenderweise kann diese Veränderung aber auch komplett rückgängig gemacht werden, etwa durch einen Quantenradierer). In der klassischen Physik beeinflusst eine Messung nie das Ergebnis eines Versuches.

In der Quantenphysik gibt es mehrere Ansätze, dieses Phänomen zu beschreiben. Alle diese Ansätze (Interpretationen oder Deutungen genannt) führen zum selben Ergebnis, sind aber konzeptuell unterschiedlich. Zwei Deutungen haben sich besonders profiliert:

Kopenhagener Deutung: Der oben erwähnte Kollaps der Wellenfunktion ist diejenige Variante, die heute wohl am weitesten verbreitet ist. Beim Kollaps der Wellenfunktion sagt man, dass das Teilchen alle möglichen Wege gleichzeitig benutzt (linker oder rechter Spalt) und sich nicht "entscheidet" (es befindet sich in einer sog. Superposition aller möglichen Wege). Mehrere dieser Wege können nun miteinander interferieren und bilden so das erwartete Interferenzmuster. Der Detektor misst dabei aber immer nur ein Teilchen und legt somit seine Position erst fest. Die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen an einem bestimmten Ort zu detektieren, ist dabei durch das Interferenzmuster gegeben, das bei der Detektion vieler Teilchen sichtbar wird. Man könnte ein solches Teilchen also als ein "Geisterteilchen" bezeichnen, auch wenn man keine Möglichkeit hat, dies nachzuweisen, da diese Messung ja den "Geistercharakter" zerstören würde. Findet nun die Detektion schon vor dem Spalt statt, so stehen nicht mehr alle Wege für die Interferenz zur Verfügung, und es ergibt sich eine andere Verteilung auf dem Schirm (das Interferenzmuster verschwindet). siehe auch Welle-Teilchen-Dualismus

Viel-Welten-Theorie: Eine weitere Interpretation ist die sog. Viel-Welten-Theorie. Dort geht man davon aus, dass sich unsere Welt zu jedem Zeitpunkt in unendlich viele parallele Welten aufspaltet, in denen jeweils ein bestimmter Ausgang des Experimentes realisiert ist (z.B. jeweils eine Welt für die Wege 1 und 2). Dies löst das Problem des Geistercharakters der Teilchen, da nun in jeder Welt die Position deterministisch bestimmt ist.

• http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment
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