Das Doppelspaltexperiment

HYPATIA schrieb:Man fährt viel besser und widerstandsfreier, wenn man es sein lässt, und Zustände Zustände sein lässt.

Hihi. Okey dokey. Aber sag das mal den Anhängern der Vielen Welten Interpretation. ;)

Jumalaton schrieb:Es fragte doch auch mal jemand ob der Mond noch da sei, wenn niemand hinsähe (War das nicht Einstein?).

Es fragte mal jemand ganz dumm, ob den ein umfallender Baum auch dann ein geräusch machen würde, wenn niemand da sei der es höhren könnte.

Es ging da wohl eher um das höhren nicht um das sehen. Wobei Wiki sagt.

"Die große Bedeutung der Fernsinne (Hörsinn und Sehsinn) zeigt sich ebenfalls dadurch, dass unser Bewusstsein z.B. nicht „auf den Augen sieht“, sondern dass der Sinneseindruck des Sehens vom Gehirn aus dem Körper heraus projiziert wird,"

Celladoor schrieb:Aber sag das mal den Anhängern der Vielen Welten Interpretation

Mit den ganzen Philosophischen Interpretationen hab ich nicht viel am Hut. Sind für mich einfach die hoffnungslosen Versuche das ganze so hinzudrehen, dass sich Mensch weiterhin an seinem klassischen Weltbild festkrallen kann. Ich seh Teilchen mittlerweile als das, was sie sind: Wellenfunktionen die der quantenmechanischen Bewegungsgleichung folgen. Nimmt man das hin kommt es zu keinen Probleme, bis man sich zum menschlichen Bewusstsein hochhangelt, wo es dann wirklich noch das ein oder andere Verständnissproblem gibt. Aber physikalisch ist alles schlüssig, wenn auch vieles in so kleinem Rahmen statt findet, dass es für das menschliche Auge verborgen bleibt. Aber dafür gibts ja Wissenschaft :-)

Einzig die Kopenhagener Interpretation hat für mich noch ein gewissen Existenzberechtigung, weil sie für praktische Anwendung notwendig ist. Sie gibt lediglich eine Vorschrift, wie die Wellenfunktion stochastisch weiter zu verwenden ist, wenn weiter Vorgänge klassisch betrachtet werden. Aber die Viele-Welten-Theorie ist absoluter Schwachsinn, weil sie so tut als könnte sie was erklären, kommt aber auf die Kernparadoxa gar nicht erst zu sprechen. Sie kann weder schlüssig erklären wie z.B. Teilchen durch Barrieren durchtunneln können noch wie sich die verschiedenen Paralleluniversen gegenseitig beeinflussen sollen, was ja z.B. im Doppelspaltversuch gezeigt wird.

HYPATIA schrieb:Aber die Viele-Welten-Theorie ist absoluter Schwachsinn, weil sie so tut als könnte sie was erklären, kommt aber auf die Kernparadoxa gar nicht erst zu sprechen.

Seh ich auch so. Zudem kann sie prinzipiell nicht falsifiziert werden. Und ausser einem gewissen Unterhaltungswert seh ich dabei keinerlei Nutzen.

Hallo allerseits !
Hatten gestern eine interessante Diskussion unter Laien.
Folgende Frage: Wenn ich wie bei der Quantenverschlüsselung Photonen verschränke und jedes der so entstandenen Zwillingsteilchen in verschiedene Richtung schicke, wo sie jeweils einen Doppelspalt passieren entsteht vermutlich ein Interferenzmuster.
wenn ich nun an dem Teilchen welches etwas näher an der Quelle steht eine Messung mit einem Detektor vornehme verschwindet da das Muster.
Verschwindet das aber nun auch beim Zwillingsteilchen?
Gruß
MT

Mato schrieb:Verschwindet das aber nun auch beim Zwillingsteilchen?

Nein. Du misst ja nicht die Weginformation.

@Mato
Wenn das funktionieren würde wären Informationen mit Geschwindigkeiten >c übertragbar.

@Mato
Nein, das Interferenzmuster wird nicht verschwinden. Je nach Erzeugung der Sekundärphotonen sind i.d.R. die Polarisierung miteinander verkoppelt. Das kann man sich so vorstellen, als dass die Gesamtwellenfunktion eine bestimmte Gesamtpolarisierung erhält, die sich dann aus der Summe der beiden Einzelpolarisierungen ergeben muss. Wenn das eine Photon nun eine bestimmte Polarisierung aufweist dann weiß man dadurch welche Polarisierung das andere Photon haben muss, weil man ja die Gesamtpolarisierung kennt.
Das hat mit dem Interferenzverhalten nichts zu tun. Das eine Photon läuft halt durch eine Blende und erfährt durch die dortige Messung eine Beeinflussung, aber deswegen wird nicht die Bahn des anderen geändert.
Das gleiche würde gelten, wenn das eine Photon mit einem Spiegel um 90° umgelenkt wird. Dadurch wird das andere Photon nicht einen plötzlichen Knick in der Luft durchführen.

Die Grundidee war, daß wenn zwei Quantensysteme miteinander in Wechselwirkung treten, diese als ein Gesamtsystem betrachtet werden. Die Festlegung der Lichtcharakteristik auf entweder Teilchen oder Welle könnte also auch für das Zwillingsteilchen gelten, welches ja Teil dieses Gesamtsystems ist. Das Prinzip gilt natürlich nicht nur für Photonen.

Wikipedia sagt dazu:
Eine Verschränkung bleibt auch dann erhalten, wenn der Zeitpunkt der Wechselwirkung weit in der Vergangenheit liegt und die zwei Teilsysteme inzwischen weit voneinander entfernt sind. Es ist zum Beispiel möglich, ein Paar von Elektronen so zu präparieren, dass, wenn das eine Elektron mit dem Spin „up“ beobachtet wird, das andere Elektron am entfernten Standort den Spin „down“ aufweist, und umgekehrt. Diese Korrelationen sind auch beobachtbar, wenn erst nach der Wechselwirkung entschieden wird, welche Richtung als Up- bzw. Down-Achse definiert wird.
Das mit der Verschränkung verbundene Phänomen, dass die Durchführung von Messungen an einem Ort die Messergebnisse an einem (im Prinzip beliebig weit entfernten) anderen Ort beeinflusst, war einer der Gründe, weshalb Albert Einstein die Quantenmechanik ablehnt.

Allerdings heißt es auch weiter:
.... zeigt die genaue theoretische Analyse des EPR-Effektes, dass dieser nicht im Widerspruch zur speziellen Relativitätstheorie steht, da auf diese Weise keine Information übertragen werden kann: Die einzelne Messung ergibt – unabhängig davon, ob das andere Teilchen bereits gemessen wurde – stets ein für sich genommen unvorhersagbares Ergebnis. Erst, wenn das Ergebnis der anderen Messung – durch klassische, unterlichtschnelle Kommunikation – bekannt ist, kann man die Korrelation feststellen oder ausnutzen.

Wie gesagt ich bin Laie und einigermaßen verwirrt durch diese Faktenlage. - Kein Wunder bei diesem Thema - daher ersuche ich um etwas Nachsicht und Aufklärung durch eine fachliche Meinung.

Gruß
MaTo

Was ist denn jetzt die Frage? Bloß weil ein Gesamtsystem aus zwei verschränkten Photonen besteht bedeutet dass doch noch lange nicht, dass die Wellenfunktion Spiegelsymmetrisch wird. Die Interferenz hat überhaupt nichts mit irgendwelchen Observablen zu tun, sondern ist einfach die durch Objekte beeinflusste Geometrie der Wellenfunktion.

@HYPATIA

Ist nicht die einfachste Antwort meistens die Beste? Z.B. das es sich bei der Verschraenkung gar nicht um 2 verschraenkte Photonen handelt, sondern um ein und dasselbe Teilchen?

Bitte auch um Nachsicht fuer Laien :) !

Mhhf, ne das triffts auch nicht so gut, weil das "Superteilchen" bei einer Ortsmessung keine eindeutigen Ort bekommt, sondern wieder in zwei Photonen an verschiedenen Orten zerfällt. Von daher finde ich es ziemlich egal, ob man sagt, dass sich ein Teilchen durch den Raum ausbreitet, oder zwei "verschränkte Photonen" herumgurken.
Wichtig ist wie gesagt, dass durch die Verschränkung die beiden Polarisierungen verkoppelt sind. Der Ort oder gar die Ausbreitung der Wellenfunktion aber nicht.

@Alteiche

Nun man sieht zwar kein Interferenzmuster bei nur einem Teilchen aber trotzdem hat es sich doch trotzdem Wellenartig verhalten oder lässt sich das nur bei mehreren direkt nachweisen?

Fragen zum Doppelspaltexperiment (Beitrag von Alteiche)

Das ist richtig. Etwas salopp gesagt ist die Auftreffwahrscheinlichkeit an welcher Stelle auf dem Detektor ein einzelnes Photon auftrifft, in engem Zusammenhang mit dem Interferenzmuster das man sieht wenn man sehr viele Photonen durch den Doppelsaplt lässt.

Das ganze wird allerdings wesentlich eleganter erklärt im Feynman'schen Pfadintegralformalismus. Das schöne daran ist das es dafür eine schöne anschauliche Erkläung gibt ohne das man in die Mathematik dahinter einsteigen muss.

Joseph Gassenr hat das in zwei Sendungen sehr schön erklärt:

Quantenelektrodynamik (QED) • Fermat reloaded • Aristoteles zur Stringtheorie (36) | Josef M. Gaßner

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und

Quantenelektrodynamik • Fliegen Photonen geradeaus? Aristoteles ►Stringtheorie (37) | Josef M Gaßner

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@mojorisin

Danke für deine 2 Videos. Der Herr Gaßner hat das schön erklärt mit den Pfeilen auch wenn ich die Videos mehrfach zurückspulen musste um mithalten zu können. Allerdings weiß ich leider immer noch keine Antwort auf meine Fragen. Ich denke mal das für eine Messung nicht nur die Interaktion ausreicht zwischen Materie und Quant sondern es müssen spezielle Eigenschaften der Quanten abgefragt werden um die Wellenfunktion aufzulösen.


Ich habe mich selber mal versucht das Experiment daheim nachzumachen. Hier mein versuchsaufbau.


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Als Strahlenquelle diente ein Pyrometer mit rotem Laser. Der Doppelspalt besteht aus Alufolie in die mit einer Nadel winzige Löcher dicht nebeneinander gestochen wurde.


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Hier das Ergebnis mit Alu (Bild oben) und ohne Ohne Alu (Bild unten)


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Original anzeigen (0,3 MB)


Allerdings wenn der Abstand groß genug ist erzeugt der Laser auch ohne Hindernis ein Muster das einem Fingerabdruck ähnlich sieht. Ich will nicht ausschließen das dass Interferenzmuster davon erzeugt wird. Die Entfernung beträgt etwa 15 Meter. Ist so ein natürliches Muster normal bei Lasern?


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Alteiche schrieb:Ist so ein natürliches Muster normal bei Lasern?

Die Laser in solchen Geräten sind im optischen Sinne keine sehr hochqualitativen Laser. Meist nimmt man günstige Laserdioden, und baut noch eine Optik davor um den Strahl zu formen. Das Strahlprofil und die Optiken können uz verschiedensten optischen Effekten führe, der Wellenlängenbereich ist meist verschmiert.

Der Abstand der Intensitätsmaxima beim Doppelspalt oder Gitterexperimenten hängt ab vond dem inversen der Gitterkonstante (das ist der Abstand der Löcher beim Gitter). Mit der Nadel wirst du evtl. nur ein Gitter hinbekommen mit einem relativ großen Spaltabstand. Das Muster das du erhälst ist dann eine Überlagerung von Effekten deines Gitters und der schlechten Laserqualität.

Daher würde ich dir raten mal zu versuchen das Licht deines Pyrometers an einer (unbeschriebenen) CD (oder DVD) zu spiegeln. Die Spurrillen mit 1,6 µm bilden dabei eine Gitterkonstante die ein ausgeprägtes Interferenzmuster erzeugen, das dann klar von anderen Effekten zu unterscheidbar ist.

Wenn die Versuche klappen kannst du dann die Versuche erweitern und die CD in ein mit Wasser gefülltes Glas halten und dann die Reflexionsversuche machen.

Alteiche schrieb:Ich denke mal das für eine Messung nicht nur die Interaktion ausreicht zwischen Materie und Quant sondern es müssen spezielle Eigenschaften der Quanten abgefragt werden um die Wellenfunktion aufzulösen.

Ja das ganze ist sehr tricky. Es ist auch möglich zu mesen durch welchen Spalt das Photon gegeangen ist, was zu einem "Kollaps der Wellenfunktion" führt. WEnn man aber die Information aber wieder löscht bevor man sie ausliest, ensteht das INterferenzmuster wieder. Diese Experimente sind bekannt als Quantenradierer:

Wikipedia: Quantenradierer

Wobei Kollaps der WEllenfunktion eine etwas unspezifische Erklärung ist: Besser ist die von WIkipedia:

Allerdings ist es bei näherer Analyse nicht die räumliche Bedeutung der Welcher-Weg-Information, die die Interferenz verhindert, sondern der Umstand, dass das Quantenobjekt bei deren Aufprägen eine messbare Veränderung durchmacht (die aber die räumliche Ausbreitung unverändert lässt). Das Quantenobjekt (oder ein anderes Objekt in der Apparatur) muss nämlich in einen je nach Weg physikalisch unterscheidbaren Zustand versetzt werden (oder man muss aus dem ankommenden Quantenobjekt physikalisch unterscheidbare Komponenten herausfiltern). Beim Quantenradierer mit Photonen (auch mit Neutronen oder Elektronen) ist das der verschiedene Polarisationszustand, es kann aber auch jede andere Art von innerem Freiheitsgrad genutzt werden.

Wikipedia: Quantenradierer#Warum verschwindet das Interferenzmuster?

Ich habe das Experiment noch mal wiederholt diesmal mit einem neuen Laser. Dieser hat zwar auch ein Optisches Muster jedoch ist das Abbild viel sauberer als das beim Ersten Versuch.


Original anzeigen (0,3 MB)

Ich habe das Muster mit einer Lupe vergrößern lassen und den Doppelspalt genau in den Mittelpunkt des Abbilds gelegt. So kann ich sicher sein das dass Ringmuster mir dann nicht das Ergebnis verfälscht. Allerdings musste ich ein Schwächeres Abbild des Interferenzmusters dadurch in kauf nehmen.

Hier die zwei Doppelspalte:







Das Abbild des Ersten Bildes. Ist etwas schwer zu erkennen aber um die Punkten war deutlich ein Muster erkennbar.

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Hier das Muster vom Zweiten Bild. Hier sind gar keine Punkte mehr erkennbar sondern eindeutig ein Interferenzmuster.

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Sobald man ein Loch beim oberen Bild stopft, verschwindet das Muster komplett und es bleibt nur ein roter Punkt.
Auch bei genauen hinschauen konnte ich kein Muster mehr erkennen.

Original anzeigen (0,2 MB)


Da ich leider die Batterien leergemacht habe muss ich wohl wieder etwas warten um weitere Experimente zu starten.

@Alteiche
Wie gesagt, vergleiche mal die Reflektionen an einer CD und einer DVD mit einem Spiegel. Wenn du eine eingiermaßen gute Laserquelle hast und die Wellgenlänge des Lichtes weißt, kannst du die Abstände der Spurrillen messen. DU wirst dann einen Unterschied erkennen zwischen der DVD und der CD.

Siehe z.B.:

https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/cd-als-reflexionsgitter

oder:

https://julius-cordes.de/technik/interferenz_cd/

oder:

http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ph/14/ep/einfuehrung/wellenoptik/interferenz2.vlu/Page/vsc/de/ph/14/ep/einfuehrung/wellenoptik/i2_gitter3.vscml.html

https://www.youtube.com/watch?v=lcAQTXTLNSs (Video: Interference of Light through a CD)

Hab noch mal ein bissl weiter rumexperimentiert. Mit einem stärkeren grünen Laser sieht das ganze deutlich besser aus als wie dem roten Laser den ich vorher hatte.

Hier mal ein Bild:

Original anzeigen (0,3 MB)

Interessant ist auch hier das die Streifen verschwinden wenn ich eines der Löcher abdecke. Auch werden die Streifen bei gleichem Abstand breiter je dichter die Löcher bei einander liegen. Hält man ein Blatt Papier in den Strahl kann man Beobachten wie die zwei Lichtstrahlen sich ausweiten und langsam ineinander überlaufen. Sobald beide anfangen zu verschmelzen entstehen die Streifen die dann bei größerem Abstand immer Klarer und größer werden.

mojorisin schrieb am 27.12.2019:Wenn du eine eingiermaßen gute Laserquelle hast und die Wellgenlänge des Lichtes weißt, kannst du die Abstände der Spurrillen messen

Eine DVD hatte ich leider nicht zur verfügung aber mit einer CD hat es funktioniert. Das Bild sah genauso aus wie in dem von dir geposteten Youtube Video.

Ich hab mich noch mal mit dem Thema auseinander gesetzt.
Ich denke meine Erste Frage hätte ich soweit für mich geklärt. Danke nochmal @mojorisin und @Urrghs für eure Erklärungen :Y:


Allerdings bleibt für mich die Zweite Frage bestehen. Das mit der Viele Welten Theorie ergibt sich mir irgendwie immer noch nicht.

Wenn die Unschärfe der Teilchen dadurch zustande kommt, das in jeder dieser Welten das Teilchen an einen anderen Ort ist und wir quasi nur den Gesamtbetrag der Welten sehen. Sollte unsere Welt ja auch nur eine von vielen sein, warum spielen die anderen Welten für uns überhaupt eine Rolle? Sollten wir dann nicht ein eindeutiges Ereignis haben?

Oder leben wir quasi in einer Übergeordenten Welt um quasi die Anderen Welten alle gleichzeitig Wahrzunehmen? Und wie sucht sich das Universum aus welche Welt sich am Ende Realisiert falls die Lichtwelle auf den Bildschirm trifft?

Gilt die Aufteilung der Welt nur für das Quant oder oder das ganze Universum?

@Alteiche

Alteiche schrieb:Sollte unsere Welt ja auch nur eine von vielen sein, warum spielen die anderen Welten für uns überhaupt eine Rolle? Sollten wir dann nicht ein eindeutiges Ereignis haben?

Ich galube die Idee dahinter ist das sich alle Möglichkeiten tatsächlich auch realsieren die Möglich sind. Jede Möglichkeit endet in einem neuen Universum. Etwas vereinfachtes Alltagsbeispiel: Wenn man würfelt gehen nach dem würfeln sechs Universen hervor, und somit wurden alle möglichen Zahlen von 1 - 6 realisiert.

Ich halte allerdings nicht viel von der Viele-Welten-Interpretation den dadurch das wir keine überprüfbare Hypothse haben ist es eher eine philosophische Betrachtungsweise. Der Mensch mags halt nicht so wenn er etwas intuitiv nicht richtig fassen kann dann kommen halt solche Hypothesen raus.

Die Unschärferelation ist darüber hinaus nichts mystisches die gibt es schon in der ganz klassischen Akustik und Nachrichtentechnik. Es ist z.B. unmöglich einen schönen reinen Kammerton a¹ mit 440 Hz für nur 1 ms zu spielen. Wenn man einen Ton nur so kurz anspielt ist die Frequenzbandbreite viel größer als das man von einem reinen TOn sprechen kann. Oder verusch mal ein Kammerton A zu klatschen ;-) Das ist auch der Grund warum alle nach mehr Bandbreite beim Internet lechzen. Eine schnelle Umschalten von Einsen und NUllen (scharfe Taktraten in der Zeit) braucht viel Breite im Frequenzbereich. Oder anders gesagt kurze Pulse sind breitbandig, lange Pulse sind schmalbandig.