Kollaps der Wellenfunktion - wirklich vollständig?

Hallo,

ich komme gedanklich beim Doppelspaltexperiment irgendwie nicht weiter (wobei - eigentlich geht es um einen einfachen Spalt). Beim Doppelspaltexperiment stellt sich auf dem Schirm das typische Interferenzmuster ein, so lange ich nicht den Ort der Teilchen versuche zu lokalisieren. Versuche ich dies, so erhält man beim Doppelspalt lediglich zwei Streifen, die jeweils der Verteilung eines Einfachspaltes entsprechen. Ich hoffe, soweit ist noch alles richtig. Aber: Warum stellt sich im letzteren Fall an beiden Streifen eine (art) Gaussverteilung ein? Ich interpretiere das als Beugungsmuster bzw. Beugungsunschärfe. Ein Beugungsphänomen ist aber ein Wellenphänomen. Wie kann das sein, ist die Wellenfunktion doch nach landläufiger Meinung zusammengebrochen?!

Ist diese Intensitätsverteilung in diesem Fall etwa doch kein Wellenphänomen? Oder kollabiert die Wellenfunktion nicht vollständig? Bricht die Wellenfunktion nur derart zusammen, dass sich zwar kein Interferenzmuster mehr bildet, aber für die Beugungsunschärfe reicht es noch (weil man dafür an der Spaltkante noch nicht genau genug "nachgesehen" hat)?

@Weide

Weide schrieb:Ein Beugungsphänomen ist aber ein Wellenphänomen. Wie kann das sein, ist die Wellenfunktion doch nach landläufiger Meinung zusammengebrochen?!

Die Teilchen werden einfach unterschiedlich abgelenkt, ich kann Teilchen oder eben auch Wellen ablenken das widerspricht sich nicht.

@Weide

"Kollaps der Wellenfunktion" bedeutet nicht, dass ein Teilchen oder eine Welle die Welleneigenschaften verliert, es wird nur der Überlagerungszustand aufgehoben.

So lange man nicht misst, hat man eine Überlagerung aller möglichen Zustände (Superposition). Durch die Messung werden diese Zustände auf einen einzigen reduziert, aber der Wellencharakter bleibt natürlich erhalten, und damit auch die Beugungseigenschaften.

Rein intuitiv würde ich zu diesem Thema sagen:

*Spekulation an

Aus der Sicht eines Photons (lassen wir andere Teilchen der Einfachheit halber erstmal vorweg) existiert es auf der gesamten Strecke zwischen Laser via Doppelspalt (Detektor an/aus) hin zum Beobachtungsschirm - halt je nachdem wie weit es aus der Sicht eines Beobachters gekommen ist.
Das Photon legt raumzeitlich gesehen auch keine gerade Strecke - gesehen zwischen Laser via Doppelspalt (Detektor an/aus) hin zum Beobachtungsschirm zurück - , bzw. bewegen sich Doppelspalt und Beobachtungsschirm auf der Zeitachse weiter.
Es geht ggf. diagonal durch einen der Spalte - und existiert in diesem Moment aus der Sicht des Photons vor und hinter dem Doppelspalt. Sobald es ggf. durch den Spalt hindurch ist, den Beobachtungsbildschirm jedoch noch nicht erreicht hat, bewegt sich ggf. auch die Trennstelle zwischen den Spalten weiter - und der Rest tritt durch den anderen Spalt.
Das Teilchen wird somit ggf. auf 2 Wege gezwungen - von denen der jeweils kürzere auf dem Beobachtungschirm angezeigt wird - wobei die Trennstelle die jeweiligen Orte repräsentiert (dunkle/dunklere Stellen auf dem Beobachtungsschirm), welche auf Grund der Teilung des Teilchens unwahrscheinlich zu erreichen sind.
Der Detektor könnte dabei ggf. den Aufenthaltsort des sich an mehreren Raumzeit-Koordinaten befindlichen Teilchens wieder auf einen Bereich beschränken.

*Spekulation aus

Vielen Dank für Eure Kommentare und Meinungen. Ich habe mir derweil noch ein paar Gedanken gemacht und auch recherchiert.

Meiner Meinung nach kann man das Ganze nicht mehr schlüssig erklären wenn man es als Welle betrachtet und damit quasi nach Huygens ausdröselt.

Hier findet man eventuell eine gute Erklärung:

http://interactive.quantumnano.at/grundlagen/unscharferelation/#navbar (Archiv-Version vom 31.03.2016)

Macht man den Spalt kleiner, so steigert man damit die Ortsauflösung am Spalt. Damit wird jedoch die Impulsunschärfe und damit die Richtungsunschärfe immer größer - der "Strahl" weitet sich auf. Diesen kann man zwar nach Huygens berechnen, also unter Annahme einer Welleneigenschaft. Es ist jedoch nur als Hilfskrücke zu sehen und hat mit dem eigentlichen physikalischen Hintergrund nichts zu tun. Dies ist jedenfalls meine augenblickliche Erklärung.

Weide schrieb:Meiner Meinung nach kann man das Ganze nicht mehr schlüssig erklären wenn man es als Welle betrachtet

Du willst Welleneigenschaften "schlüssig" erklären, indem du Wellen nicht als Wellen betrachtest? Wie soll das gehen?

Das ist zur Zeit meine einzig schlüssige Erklärung - stimmen muss sie jedoch nicht ;)

Haben wir es denn wirklich mit einer Welle zu tun? Wir können lediglich Aufenthaltswahrscheinlichkeiten als Wellenfunktion betrachten und damit rechnen - mehr nicht. Für ein einzelnes Teilchen kann zumindest in unserer gängigen Vorstellung keine Welleneigenschaft vorliegen - eine Interferenz ist prinzipiell nicht möglich - trotzdem funktioniert es (in Summe über der Zeit). Ich bin halt nur über den Punkt gestolpert, dass man gerne mal liest, ein Teilchen verliert seine Welleneigenschaften wenn man Quasi diese Welleneigenschaft nachweisen möchte, aber eben z.B. beim Doppelspaltexperiment nur teilweise, aber ich wiederhole mich ;)

Weide schrieb am 26.03.2016:Warum stellt sich im letzteren Fall an beiden Streifen eine (art) Gaussverteilung ein?

beschreib das ganze als Wellenpaket. Das hat eine gaußförmige Orts- und Impulsverteilung.
easy

@Weide

Weide schrieb:Haben wir es denn wirklich mit einer Welle zu tun?

Gute Frage. Du schreibst ja schon

Weide schrieb:ein Teilchen verliert seine Welleneigenschaften wenn

Es ist intuitiv tatsächlich eher vorstellbar das man im Grunde ein Teilchen hat. Unter bestimmten Umständen, erklärt man sich dann, zeigt das Teilchen dann wellenartige Eigenschaften, z.B. beim Doppelspaltexperiment.

Man könnte aber auch tatsächlich andersherum argumentieren z.B. anhand von Licht das man sich eher als Welle vorstellt.
So würde dann dein oberer Satz lauten: "...eine Welle verliert ihre Teilcheneigenschaften wenn.."

Das ist tatsächlich so ähnlich der Fall beim Photoeffekt.

Man sieht aber, dass bei der Argumentation immer entweder von etwas wellenartigem oder teilchenartigem ausgegangen wird. Davon muss man sich aber im Mikrokosmos so gut es geht verabschieden . Elektronen, Photonen oder generell Mikroobjekte sind in dem Sinne weder Welle noch Teilchen sondern Objekte die sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzen. Mangels Wörter werden sie in der Physik trotzdem als (Elementar-)Teilchen bezeichnet, wobei aber nicht makroskopische Teilchen und ihre Eigenscahften mit gemeint sind.

Ich möchte jetzt kein neues Thema eröffnen, aber ich hätte nochmal eine Frage die weitgehend hierher passt. Und zwar geht es nochmal um das Doppelspaltexperiment.

Nimmt man an einen der Spalte eine Ortsmessung vor, so verhält sich das Ganze System wie zwei Einzelspalte (keine Interferenzmuster). Nun habe ich gerade kürzlich gelesen, dass sich wiederum Interferenzmuster bilden, wenn ein Detektor zwar aktiv ist, aber nichts aufgezeichnet wird ("es schaut niemand hin"). Das ist doch Quatsch und eher in den Bereich Fabel/Esoterik einzuordnen, oder?

Weide schrieb:Nun habe ich gerade kürzlich gelesen

Wäre natürlich hilfreich, wenn du eine Quelle angegeben hättest :D.

Weide schrieb:Das ist doch Quatsch

Sehe ich auch so, da ja nicht die "Aufzeichnung" die Wellenfunktion kollabieren lässt, sondern die Messung.

Weide schrieb:Das ist doch Quatsch und eher in den Bereich Fabel/Esoterik einzuordnen, oder?

Ja. Is Quatsch.

@Weide

Weide schrieb:Nun habe ich gerade kürzlich gelesen, dass sich wiederum Interferenzmuster bilden, wenn ein Detektor zwar aktiv ist, aber nichts aufgezeichnet wird ("es schaut niemand hin"). Das ist doch Quatsch und eher in den Bereich Fabel/Esoterik einzuordnen, oder?

Das passiert immer dann, wenn jemand den Begriff des "Beobachters" falsch interpretiert. Das muss halt kein Lebewesen sein ;-).

Ich danke Euch :)

@Weide

Vielleicht kommt deine Fehlinterpretation auch vom Experiment mit einem Quantenradierer. Wenn man ein Experiment so aufbaut, dass man durch eine Messung am Doppelspalt weiss durch welchen Spalt das Photon ging, dann kann man dies rückgängig machen indem man diese Information hinter dem Doppelspalt wieder zerstört. Danach erscheint wieder ein Interferenzmuster.

@Celladoor
Was heißt das dann genau. Ein Beobachter brachte die Wellenfunktion allein durch seine Beobachtung zum kollabieren.
Beobachter ist ein Messgerät?
Eine Erklärung dafür gibt es nicht.
Oder inzwischen doch?

Phhu schrieb:Was heißt das dann genau. Ein Beobachter brachte die Wellenfunktion allein durch seine Beobachtung zum kollabieren.
Beobachter ist ein Messgerät?

Natürlich nicht. Wie kommst du darauf?

Interessant finde ich in dem Zusammenhang das Weiterspinnen der Messmethode. Der Kollaps der Wellenfunktion ist ja nicht erst geschehen als man endlich genaue Ortsmessungen vornehmen konnte. Was wäre wenn neue Messmethoden entdeckt würden? Z.B. der Nachweis des Aufenthaltsortes durch Gravitationswellen? Dann hätte eine Wellenfunktion im Prinzip schon immer kollabieren müssen, denn es wurde "gemessen", allerdings mit noch unbekannter Messmethode. Im Umkehrschluss hieße dies, es wird niemals eine weitere, noch unbekannte Methode einer Messung geben, da wir ansonsten solche Phänomene bisher gar nicht hätten feststellen können - es gebe kein Interferenzmuster beim Doppelspalt!

ok, kleiner Denkfehler - die Messmethode muss natürlich zur Anwendung kommen ;). Aber irgendwie scheint meine Frage dann doch gar nicht mal soo unberechtigt. Die theoretische Möglichkeit einer Messung beeinflusst offensichtlich nichts. Die Anwendung einer Messmethode beeinflusst das System - unabhängig davon ob man aufzeichnet oder nicht. Eine neue, noch unbekannte Methode für eine (nachträgliche) Messung scheint aber trotzdem nicht zu existieren. Beispiel: Ich beobachte das Interferenzmuster am Doppelspalt (weil ich keine Ortsmessung vornehme). Ein weiterer, entfernter Beobachter hat ein superempfindliches Gravitationswellenmessgerät und kann mir hinterher sagen, durch welchen Spalt das Photon, das Elektron oder das Molekül (um die Gravitationswellenmessung mal "etwas" realistischer zu gestalten ;) ) gegangen ist?

Was sagt uns das? Gravitationswellen existieren doch nicht, da damit eine Messung vorgenommen werden könnte. Oder aber eine quantenphysikalische Größe wird durch dieser Messmethode wiederum eine Ortsunschärfe erzeugen und somit eine zu genaue Messung verhindern.

Weide schrieb:Ich beobachte das Interferenzmuster am Doppelspalt (weil ich keine Ortsmessung vornehme). Ein weiterer, entfernter Beobachter hat ein superempfindliches Gravitationswellenmessgerät und kann mir hinterher sagen, durch welchen Spalt das Photon, das Elektron oder das Molekül (um die Gravitationswellenmessung mal "etwas" realistischer zu gestalten ;) ) gegangen ist?

Du willst messen durch welchen Spalt es gegangen ist, ohne zu messen durch welchen Spalt es gegangen ist??