THEMA:

Ich möchte/Wir möchten die Erklärung von Kopenhagener Deutung der QM über die Interferenz beim Doppelspalt begutachten so, wie es ein Detektiv vorgeht. Dazu müssen wir die Details beachten.

Man sollte immer zuerst mit den Annahmen beginnen, was ich schon getan habe. Viele Diskussionen ziehen sich unnötig in die Länge, weil man entweder nicht über diese vorher nachgedacht hatte oder alle Beteiligten damit nicht einverstanden sind. Ich sehe, dass wir nicht einig sind.

Annahmen in diesem QM-Model:
1. Es geht um einzelne Teilchen. Auf vielen Webseiten steht, dass die Experimente auch mit einzelnen Teilchen durchgeführt wurden.
2. Das Teilchen (Welle) existiert als eine Wellenfront, die sich mit c zum Schirm bewegt.
3. Am Doppelspalt wird die Welle in zwei Teilwellen aufgespaltet.
4. Erst wenn die Teilwellen auf den Schirm (auf einen Punkt) zusammengekommen sind, kann es sofort oder später in diesem Ort zur Detektion kommen.
5. Beide Phasen der Teilwellen am Schirm bestimmen die Wahrscheinlichkeit (Amplitude) für die Detektion an diesem Ort.
6. In einem bestimmten Zeitpunkt kann das Teilchen (als ein Kreis) nicht beliebig zwischen der Quelle und dem Schirm sein, oder die Wahrscheinlichkeit ist fast wie Null, da es z.B. nach einer Nanosekunde den Doppelspalt überquert hat und nicht vor den Spalten detektiert werden kann. (Dies wurde nie beobachtet.) Bei diesem Experiment/Model müssen wir also annehmen, dass es nur auf einem Kreis befinden, der sich mit der Zeit fortbewegt.

wl01 schrieb:

Eigentlich ist das Thema die Bohmsche Mechanik und eventuelle Experimente, die sie veri- oder falsifizieren können.
Und hier wird fleißig über mögliche Interpretationen im Sinne der Kopenhagener Deutung der Quantentheorie diskutiert.
Wenn man die Wellen nicht als Wellen, sondern als Teilchenstrom, der der Führungswelle folgt, definiert, hat der Teilchenstrom (eines Lichtquants) mehrere (wenn nicht alle) Varianten bereits erfolgreich durchgespielt und trifft mit seinen Trajektorien den Schirm. Welche dann tatsächlich auf den Schirm treffen hängt von dem Rotationszustand (Faymanns Pfeile) der Teilchen beim Durchqueren der Spalten, bzw. sogar schon beim Erzeugen der Lichtquanten am Projektor (also von den Anfangsbedingungen) ab.

Es geht um den zeitlichen Verlauf. Da soll es Unterschiede geben in der Vorhersage zw. De-Broglie-Bohm und QM bzw. QED, was an der LMU irgendwie experimentell überprüft werden soll.
Wir (bzw. ich) diskutieren den QM/QED-Teil. Feynmans ("Fainmän" nicht Faymann) Pfeile sind ja auch nicht De-Broglie-Bohm, sondern QED.

Wie soll denn ein Quant zum "Teichenstrom" werden? Zu unendlich vielen Teilchen? Es ist ja gerade der Witz bei der Quantisierung, dass sich Quanten nicht beliebig aufteilen, sondern eben diskrete Quanten sind.

Und wieso immer nur Lichtquanten? Es geht allgemein um Teilchen oder ganze Teile. Das Modell muss auch für einzelne Elektronen, Atome und Moleküle passen. Die Natur bestätigt uns Wellencharakter und Interferenz auch für solche, was eh besser zu De-Broglie-Bohm passt. Hat nicht zuerst De Broglie den Wellencharakter auch von Materie postuliert oder gefunden?

Steinzeit-Astronom schrieb:

Die vordersten Kreislinien geben doch an, wie weit ein Teilchen gekommen sein kann.

Ja schon, aber die "Wellenfront" verbindet ja die Kreise und schließt die Lücken.

Steinzeit-Astronom schrieb:

aber es ist unbedeutend für eine mögliche Detektion. Für ein einzelnes Teilchen sind jederzeit alle möglichen Wege zum Schirm sozusagen aktiv (QED)

Das ist zwar richtig und plausibel, erklärt aber NICHT die destruktuve Interferenz. Für diese wird schon die Kohärenzlänge benötigt. Bei größerem Abstand oder Zeitverstz gibt es dann nur noch additive Interferenz aber keine destruktive. Die Kohärenzlänge hängt jedoch von der Herstellung ab. Wir wissen ja noch nichteinmal, wieviele Wellenzüge ein einziges Photon umfasst. In meiner Berechnung hatte ich eine einzige Sinuswelle zugrundegelegt, was vom Ergebnis her ziemlich sinnvoll war, aber nicht zwingend ist. Für meine Rechnung war dies letztlich egal, weil es sich herauskürzt.

wl01 schrieb:

Und hier wird fleißig über mögliche Interpretationen im Sinne der Kopenhagener Deutung der Quantentheorie diskutiert.

Naja, womit willst du Bohms Mechanik denn sonst vergleichen, und wenn dies noch nicht klar ist......und es ist (uns allen) eben nicht so ganz klar.

Jamali schrieb:

Warum gibt es drei verschiedene Modelle für die Interferenz bei einem Doppelspalt? Ich denke, die alten Modele waren für die Physiker nicht zufriedenstellen.

Das kann man so nicht sagen, unterschiedliche Modelle beleuchten meist unterschiedliche Aspekte. Ein Modell ist letztlich nie zufriedenstellen, das ist trivial. Nur wo Original draufsteht, ist auch Original drin.

Jamali schrieb:

2. Das Teilchen (Welle) existiert als eine Wellenfront, die sich mit c zum Schirm bewegt.

2. stimmt nicht so ganz, denn die Welle ist zunächst diese "Front". Unter Wellenfront versteht man hingegen die Frontlinie mehrerer Einzelwellen, eben wie hinter den Spalten. Hierbei werden die Lücken nicht beachtet, sondern nur die Frontpunkte der Einzelwellen miteinander verbunden.

Jamali schrieb:

2. Das Teilchen (Welle) existiert als eine Wellenfront, die sich mit c zum Schirm bewegt.

Mit c nur dann, wenn es Lichtteilchen sind. Elektronen z.B. sind langsamer. Und als Wellenfront nur gemäß De-Broglie-Bohm. In der QM oder oder QED ist ein Teilchen überall, quasi auf alle möglichen Wege verschmiert. Es ist da kein klassisches Teilchen, das sich permanent auf der Wellenfront befindet. Nur die Ereignisse der Emission und der Detektion geschehen dort. Nur dann haben sie Eigenschaften Ort und Impuls.

Jamali schrieb:

Bei diesem Experiment/Model müssen wir also annehmen, dass es nur auf einem Kreis befinden, der sich mit der Zeit fortbewegt.

Ein Teilchen kann zwar nur auf einem solchen Kreis detektiert werden, aber wo es sich in der Zwischenzeit befindet (nur auf der Wellenfront) ist nicht klar.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Ein Teilchen kann zwar nur auf einem solchen Kreis detektiert werden, aber wo es sich in der Zwischenzeit befindet (nur auf der Wellenfront) ist nicht klar.

Im Prinzip ja, aber....
Beim Photon, hier wissen wir woraus dieses besteht, E×B, ist das Teilchen nirgends, sondern seine Energie ist in den Feldstörungen Eγ und Bγ der Felder E und B über die Kugelwelle verteilt. Je nach Erzeugung, Fokussierung, Filterung etc, ergibt sich meistens eine Richtcharakteristik der Feldstärken. Photonen in anderer Richtung wurden aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung herausgelöscht (Abschirmung) oder gar nicht erzeugt (Dipolantenne).

Auch beim Zykotron bzw Synchrotron hat die Bremsstrahlung einen Öffnungswinkel θ≈1/(β·γ) . Man kann nicht voherbestimmen, an welchem Punkt der Kreisbahn die Abstrahlung stattfindet und welche exakte Frequenz diese hat. Daher wird die Kreisbahn in kurze gekrümmte und längere gerade Strecken verzerrt, die Strahlung ergibt sich dann an allen Krümmungen. Ein einzelnes Elektron strahlt bei einem ganzen Umlauf ab
E = h·Σ.f = 2π·P/β²ω Energie
Diese verteilt sich auf
N/rad = 8α·β²γ/9 ≈ γ/154 ≈ α·γ
Photonen (α ist die Feinstrukturkonstante). Die Ausbeute eines einzigen Elektrons ist daher recht gering und über 360° verteilt.

Wie ich einem anderen Beitrag bzw Video (Leinweber) entnommen habe, wird exakt diese Rechnung (E×B) für alle Teilchen angewendet Ẽ×B̃, wobei es sich dabei um die spezifischen Teilchenfelder handelt , also nicht die normalen elektromagnetischen Felder E und B.

Ein einzelnes Photon hat somit nur eine Wahrscheinlichkeit von 4r²π/A gefunden zu werden. Benützt man zB Parabolspiegel, um die Richtung für eine bessere Ausbeute zu bestimmen, dann ergeben sich bereits Laufzeitunterschiede innerhalb der Anteile eines einzigen Photons. Ansonsten wird in der Regel ein Strahl erzeugt, der dann heruntergefiltert wird und sich somit aus gedämpften Teilwellen von sehr vielen (nicht ganz) gleichen Photonen zusammensetzt.

Ich hatte dazu (heruntergefilterter Laser) ein wie ich meine außerordentlich gutes (halb-Laien)-Video gepostet.

Rainer schrieb:

wird in der Regel ein Strahl erzeugt, der dann heruntergefiltert wird und sich somit aus gedämpften Teilwellen von sehr vielen (nicht ganz) gleichen Photonen zusammensetzt.

Ich hatte dazu (heruntergefilterter Laser) ein wie ich meine außerordentlich gutes (halb-Laien)-Video gepostet.

Ja, ich erinnere mich an das Video. Durch Strahlteiler waren im Prinzip zwei Wege möglich, von denen einer im Vergleich sehr lang war. Aber da geht es um die Interferenz bei vielen Photonen. Solche auf dem langen Weg (zeitlich früher ausgesendet) interferieren schließlich mit anderen auf dem kurzen Weg, die später ausgesendet wurden. Der Experimentator sagt, dass das mit wirklich einzelnen Photonen nicht möglich wäre. Soweit nichts besonderes.

Zu erklären ist doch, wie es mit einzelnen Teilchen zur Interferenz kommt, z.B. bei Elektronen, die mit großem zeitlichem Abstand wirklich einzeln durch den Doppelspalt geschickt werden. Da kann man nicht einfach sagen, das Elektron ist entweder auf diesem Weg oder auf dem anderen und interferiert dann halt mit einem früher oder später ausgesendeten. Es ist ja von der Emission bis zur Detektion immer nur genau 1 Elektron unterwegs.

Es muss also gleichzeitig auf allen Wegen sein, und weil die verschieden lang sind, kann es m.E. nicht permanent auf jedem Weg ganz vorne sein. Oder falls doch, dann müssten alle Orte ein Gedächtnis haben und den Durchgang jeweils speichern können. Das hatte Jamali ja angesprochen.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es ist ja von der Emission bis zur Detektion immer nur genau 1 Elektron unterwegs.

Es würde mich wundern, wie man ein einzelnes Elektron so kontrollieren will.

Nach der Feldtheorie ist jedes Elektron eine Anregung des Feldes und folgt der Wellengleichung. Das Feld besteht aber aus der Überlagerung aller Wellen aller Elektronen des Universums.

Käme auf den Versuchsaufbau an. Und über die Interferenzlänge eines Elektrons habe ich auch noch nichts gehört. Jedenfalls sind die Doppelspalte immer ganz dicht beieinander.

Letztlich frage ich mich auch imnmer, wie exakt diese Versuche wirklich sind oder was dabei als Schmutzeffekt einfach abgeschnitten wird.... da wird sich sicher der eine oder andere Treffer in die verbotene Zone der destruktiven Interferenz einschmuggeln. Das läuft dann sicherlich unter Messungenauigkeit. Naja tatsächlich ist diese Zone ja nur ein Punkt ohne Breite ...

Rainer schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es ist ja von der Emission bis zur Detektion immer nur genau 1 Elektron unterwegs.

Es würde mich wundern, wie man ein einzelnes Elektron so kontrollieren will.

Es wird aber behauptet, z.B. von Prof. Adams, dass es möglich ist und auch gemacht wird. Ich muss das mal glauben, ist ja anerkannte Wissenschaft. Oder eben mit einem ganzen Atom oder Bucky Ball (C₆₀). Mich würde es jedenfalls nicht wundern. Experimentalphysiker bringen so einiges zustande. Man denke nur an die enorme Präzision beim Nachweis von Gravitationswellen. Da geht es um Bruchteile des Protonenradius in riesigen Anlagen .

Rainer schrieb:

Nach der Feldtheorie ist jedes Elektron eine Anregung des Feldes und folgt der Wellengleichung. Das Feld besteht aber aus der Überlagerung aller Wellen aller Elektronen des Universums.

Vielleicht kommen daher die Fluktuationen im Vakuum, Paarbildung und so... wenn zufällig die konstruktive Interferenz zu großen Energien führt... oder die destruktive zu "negativer Energie" .

Rainer schrieb:

Und über die Interferenzlänge eines Elektrons habe ich auch noch nichts gehört. Jedenfalls sind die Doppelspalte immer ganz dicht beieinander.

Ja stimmt. Als ich zum ersten mal vom Doppelspaltexperiment hörte (im Physikunterricht in der Schule), wurde betont, dass Größe und Abstand der Spalte nicht beliebig gewählt werden können. Es muss alles einigermaßen zur Wellenlänge passen. Die Größenordnung oder Toleranz wurde auch genannt, habe ich aber sofort wieder vergessen. Für's Grundverständnis unnötige Details werden bei mir ausgeblendet... wollte nie ein Fachidiot werden .

Wir sind hier immer beim Doppelspaltexperiment. Aber es gibt auch den Einzelspalt oder Dreifachspalt... oder wie wär's zur Abwechslung mal ohne Spalt?



Es wird auch immer stillschweigend unterstellt, dass sich die Teilchen stur geradeaus bewegen, dass jeder mögliche Weg ganz gerade ist. Aber ist dass wirklich korrekt? Wenn ein Teilchen doch quasi alle Wege nimmt? Es gibt ja nicht nur gerade Wege, auch Zickzack und alles mögliche....

Steinzeit-Astronom schrieb:

dass sich die Teilchen stur geradeaus bewegen

Das ist das mit der Überlagerung und negativen Interferenz, das "Wegkringeln". Nur der schnellste (geradeste) Weg dominiert. Beim Doppelspalt haben wir da eben zwei "geradeste" Wege.

Steinzeit-Astronom schrieb:

dass es möglich ist und auch gemacht wird.

Das geht nur mit Filtern. Es ist ja dann nur eines da, allerdings ist es vor der Detektion eine überlagerung von sehr vielen. Es mag schon sehr aufwendig möglich sein, nur eines zu erzeugen. Mit dem Doppelspat geht das wohl, könnte ich mir vorstellen, da wird ein Photon in zwei geringerer Frequenz verwandelt. Aber sicher bin ich mir da auch nicht.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Vielleicht kommen daher die Fluktuationen im Vakuum

Nicht ganz. Hier wird die Nullpunktsenergie angenommen, die einem halben Teilchen entspricht: ℏ/2....und ich habe schon wieder vergessen, wo die Masse einfließt, die wird nämlich einfach weggelassen. Aber verwenden wir einfach einen Faktor μ=m/ℏ oder besser
ωC = c²m/ℏ - dies ist die Compton-Kreisfrequenz
ωC = c/rC mit der reduzierten Compton-Wellenlänge

Rainer schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

dass sich die Teilchen stur geradeaus bewegen

Das ist das mit der Überlagerung und negativen Interferenz, das "Wegkringeln". Nur der schnellste (geradeste) Weg dominiert. Beim Doppelspalt haben wir da eben zwei "geradeste" Wege.

Ja genau. Also ist der gerade Gesamtweg von der Quelle zum Doppelspalt und die beiden von dort zum Schirm nur ein statistisches Phänomen. Wenn man die einzelnen Wegabschnitte immer kleiner macht, ergeben sich unendlich viele Gesamtwege zum Detektor, von denen nur die wenigsten gerade sind, die allerdings statistisch dominieren, weil sich die anderen "wegkringeln", wie von Feynmans Pfeilen illustriert. Alle Wege spielen aber mit, deshalb funktioniert das Pfadintegral der QED so gut.

Wie man von Prof. Antony Zee im oben verlinkten Video erfährt, wo er etwas aus dem Nähkästchen plaudert, ist Richard Feynman mit seinen Pfeilen ja nicht der Erfinder der QED bzw. des Pfadintegrals. Seine Pfeile sind lediglich besonders populär geworden, weil sie sehr anschaulich sind und die Berechnung enorm vereinfachen. Zusammen mit Schwinger und Tomonaga bekam er den Nobelpreis für die QED. Schwinger berechnete das gleiche Integral, aber halt auf komplizierterem Weg, laut Zee zum Verdruss seiner Studenten, die heimlich Feynmans einfachen Rechenweg benutzten und es dann in Schwingers Formalismus übersetzten, bevor sie die Rechnung präsentierten .

Jamali lehnt Feynmans Pfeile ab, und du lehnst die Möglichkeit einzelner Photonen oder Elektronen ab. Interessant, wie sich die Leute krampfhaft ihr Weltbild erhalten wollen. Experimentelle Tatsachen leugnen hilft aber nicht weiter. Dass sich das Interferenzmuster auch mit einzelnen "Fußbällen" (C₆₀-Moleküle) ergibt, oder Molekülen von der Größe eines primitiven Virus, das glaubst du auch nicht? Meinst du, dass man solche auch nicht einzeln erzeugen bzw. kontrollieren kann?

Zur Erzeugung einzelner Teilchen:

Rainer schrieb:

Das geht nur mit Filtern.

Ja, mit Filtern ist es möglich. Man kann so stark filtern, dass z.B. max. eine Detektion pro Tag oder pro Woche erfolgt. Es dauert dann zwar, bis man ein Interferenzmuster bekommt, aber egal... dafür handelt es dann sich dann ziemlich sicher um einzelne Teilchen. Aufwändig? Man muss nur warten können.

Rainer schrieb:

Mit dem Doppelspat geht das wohl, könnte ich mir vorstellen, da wird ein Photon in zwei geringerer Frequenz verwandelt. Aber sicher bin ich mir da auch nicht.

Es ist sicher falsch. Du verwechselst es mit Erzeugung von verschränkten Paaren. Dabei entstehen zwei Photonen aus einem, jedes mit der halben Energie. Die werden aber nicht vom Doppelspalt erzeugt, sondern in einem speziellen Kristall. Noch nie wurden zwei "halbe" Teilchen hinter dem Doppelspalt entdeckt. Das gibt es nicht und für den Nachweis würde man wohl nach Stockholm eingeladen. Es wäre wirklich der Clou, wenn hinter dem Doppelspalt mehr Teichen detektiert als von der Quelle emittiert werden. Es würde die ganze QM revolutionieren, um nicht zu sagen die ganze Physik.

Universität Oldenburg - Durchgeführtes Doppelspaltexperiment mit Einzelphotonen:
uol.de/f/5/inst/physik/ag/vlex/download/acb_doppelspalt.pdf

Die Erfindung der CCDs wurde im Jahre 2009 durch den Nobelpreis geehrt. Sie geht
zurück auf eine Veröffentlichung von Willard S. Boyle und George E. Smith aus dem Jahr
1970. Die technische Neuerung der Electron- Multiplying CCD kann im Zusammenhang
mit der Funktionsweise von CCDs im allgemeinen erläutert werden. Mit einer EMCCD ist
es möglich einzelne Photonen nachzuweisen.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Das sich das Interferenzmuster auch mit einzelnen "Fußbällen" (C60-Moleküle) ergibt, oder Molekülen von der Größe eines primitiven Virus, das glaubst du auch nicht? Meinst du, dass man solche auch nicht einzeln erzeugen bzw. kontrollieren kann?

Langsam langsam, das sind zwei verschiedene Aspekte.

Man muss davon ausgehen, dass auch die Buckyballs als Welle eines Feldes auftreten, vielleicht ist es ja auch nur die Überlagerung der Einzelwellen der beteiligten Atome bzw deren Nukleonen bzw deren Quarks.

Der andere Aspekt ist die Kohärenzlänge, die durch einen Pool von Teilchen vergrößert wird. Die Buckyballs weisen zwar ein Kohärenzmuster auf, doch es flacht viel schneller ab, soweit ich das jemals gesehen habe.

Davon abgesehen halte ich es für ausgeschlossen, nur einen einzigen Buckyball zu erzeugen, sondern auch diese müssen heruntergefiltert werden, und werden dann als "einzeln" tituliert.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es wird aber behauptet, z.B. von Prof. Adams, dass es möglich ist und auch gemacht wird.

Übrigens kann ich mich gut an die Vorlesung erinnern, in der Adams das Experiment eines ("natürlich") Franzosen (french guy) beschreibt, in dem ein Photon pro Stunde (couple of hours or so) oder so erzeugt wurde: durch Filter natürlich (opaque barrier)
1. Introduction to Superposition Min 41-43

Ja durch Filter, und? Eine einzige Detektion in "a couple of hours or so". Was lässt dich glauben, dass es dann jeweils mehrere Photonen gewesen sind? Nicht höchstwahrscheinlich nur ein Photon? Man kann sicher statistisch gut berechnen, wie hoch die W'keit für jeweils mehrere innerhalb der Kohärenzzeit ist ("inside the apparatus it takes a pico-second to cross"). Dasselbe natürlich für Bucky Balls etc. Also wie sieht's aus? Du hast doch für alles gefühlt 10 Formeln. Wo ist deine plausible Rechnung, wenn man sie mal braucht ?

Steinzeit-Astronom schrieb:

Ja durch Filter, und? Eine einzige Detektion in "a couple of hours or so". Was lässt dich glauben, dass es dann jeweils mehrere Photonen gewesen sind? Nicht höchstwahrscheinlich nur ein Photon?

Das haben wir doch jetzt hier und auch schon früher gesehen.....es ist ein Photon aus einem riesigen Pool von stark gedimmten Einzelwellen. Genau darum ging es doch

Diese Einzelwellen können sich beliebig überlagern, mit beliebigen Laufzeitunterschieden...sogar stundengroße Laufzeitunterschiede....das Photon entsteht erst am Schirm, vielleicht hätte es innerhalb dieser Stunde nirgends anders als an diesem Zeit-Punkt entstehen können, weil nur hier und jetzt die Überlagerung passte. Das E-Feld und das B-Feld hat an jedem Punkt nur einen einzigen messbaren Wert, egal durch welche Überlagerungen es zustandekommt. Ich sage nicht, dass ich das Rätsel lösen kann, ich sage nur, dass es meist keine Einzelwellen gibt.

Mich würde ja interessieren, wieviele Photonen mit abweichender Frequenz bei diesem Experiment als Schmutzeffekt ausgeschieden wurden .... Penzias und Wilson waren da sehr sorgfältig, sie haben den Schmutzeffekt sehr ernst genommen. Jeder andere hätte es als Brummen abgetan. Stell Dir vor, in der Bedienungsanleitung hätte gestanden, dass es dieses Frequenzband gibt, wo die Hornantenne "konstruktionsbedingt" nicht richtig funktioniert....

Rainer schrieb:

Einzelwellen können sich beliebig überlagern, mit beliebigen Laufzeitunterschieden...sogar stundengroße Laufzeitunterschiede....das Photon entsteht erst am Schirm, vielleicht hätte es innerhalb dieser Stunde nirgends anders als an diesem Zeit-Punkt entstehen können, weil nur hier und jetzt die Überlagerung passte.

Hmm... verstehe ich nicht. Willst du damit sagen, dass ein detektiertes Photon den Abstand s zwischen Quelle Filter und Schirm gar nicht zwingend im zeitlichen Abstand t=s/v zwischen Emission und Detektion zurückgelegt hat? Dass es also kein bestimmtes vom Filter emittiertes Photon ist, sondern eigentlich ein anderes, das aus einer Überlagerung mit einem oder mehreren älteren Photonen ganz neu auf dem Schirm entsteht?

Wenn ja... woher sollten die älteren Photonen kommen und warum haben sie nicht längst den Schirm getroffen? Alles, was nicht vom Filter absorbiert wurde hat doch nur eine recht kurze Zeit zur Verfügung um sich zu überlagern, dann ist es sofort weg. Wie sollten da stundengroße Laufzeitunterschiede wirken?

Aber ok.... mehrere Photonen könnten vielleicht auf Irrwegen unterwegs zum Schirm sein, sich dabei mehr oder weniger wegkringeln und manchmal eben auch zufällig am Schirm so überlagern, dass sich eine Detektion ergibt. Dann hätten sie allerdings nicht die typische Geschwindigkeit zwischen Quelle und Schirm, sondern eine zufällige und man wüsste auch nie, wieviele tatsächlich den Filter durchquert haben... wobei man das aber wohl rechnerisch abschätzen oder messen können müsste, z.B. anhand der Temperatur des Filters. Der sollte ja warm werden durch die vielen Photonen, die er absorbiert.

Steinzeit-Astronom schrieb:

... Dass es also kein bestimmtes emittiertes Photon ist, sondern eigentlich ein anderes, das aus einer Überlagerung mit einem oder mehreren älteren Photonen ganz neu auf dem Schirm entsteht?

Die Möglichkeit ist nicht 0.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Hmm... verstehe ich nicht. Willst du damit sagen, dass ein detektiertes Photon den Abstand s zwischen Quelle und Schirm gar nicht zwingend im zeitlichen Abstand t=s/v zwischen Emission und Detektion zurückgelegt hat? Dass es also kein bestimmtes emittiertes Photon ist, sondern eigentlich ein anderes, das aus einer Überlagerung mit einem oder mehreren älteren Photonen ganz neu auf dem Schirm entsteht?

Es geht doch um folgendes Szenario:
Ein Laser sendet tagelang Licht auf eine fast undurchsichtige Platte. Ein minimaler Teil sämtlicher Felder kann diese Platte durchdringen. Alle heiligen Zeiten wird dann ein Photon an der Mattscheibe registriert.

Welches Photon soll da nun registriert worden sein? Es sind abermillionen vom Laser zur Abschirmung gegangen. Irgend eine Feldkombination hat dann an der Mattscheibe geclickt.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Wenn ja... woher sollten die älteren Photonen kommen und warum haben sie nicht längst den Schirm getroffen? Alles, was nicht vom Filter absorbiert wurde hat doch nur eine recht kurze Zeit zur Verfügung um sich zu überlagern, dann ist es sofort weg. Wie sollten da stundengroße Laufzeitunterschiede wirken?

In dem Versuch ging es (uns) um die Erzeugung eines einzigen Photons und nicht um ein Experiment zu Interferenzen.

Wenn die möglichen Wegdifferenzen so klein sind, dann genügt ja schon ein normales Experiment, In diesem Fall könnte man aber selbst stundenlange Laufzeitunterschiede durch eine entsprechende großräumige Anordnung nicht ausschließen.

Es geht doch um Laufzeitunterschiede der interferierenden Wellenteile....sie haben Zeit genug, zu interferieren, die Felder durchdringen die Barriere mehr oder weniger ständig in gleicher gedämpfter Intensität.

Wenn ich den Laser nur ganz kurz pulse, dann kann die Kohärenzzeit nicht länger sein als der Puls...und bei stundenlangen Pulsen eben stundenlang. Kann....muss ja nicht. Doch wir wollten ja ein einziges Photon mit winziger Kohärenzlänge untersuchen. Dazu müssen die Felder vorher und nachher aber nicht genauso gering sein, sondern vernachlässigbar gering. Signal-Rausch-Verhältnis nennt man das wohl.

Rainer schrieb:

In dem Versuch ging es (uns) um die Erzeugung eines einzigen Photons und nicht um ein Experiment zu Interferenzen.

Es ging (mir) um den Nachweis der Interferenz wirklich einzelner Objekte (nicht ausschließlich Photonen) mit sich selbst. Wenn mehrere Objekte mehr oder weniger gleichzeitig am Experiment teilnehmen, kann man das natürlich nicht nachweisen. Dazu braucht man einzelne. Ich schrieb:

Zu erklären ist doch, wie es mit einzelnen Teilchen zur Interferenz kommt, z.B. bei Elektronen, die mit großem zeitlichem Abstand wirklich einzeln durch den Doppelspalt geschickt werden.

Du hattest dann bezweifelt, dass man einzelne so kontrollieren kann. "Das geht nur mit Filtern, aber..." und mein Einwand war sinngemäß: Macht nichts, dann eben mit Filtern.

Bleiben wir meinetwegen bei Photonen:

Rainer schrieb:

Es geht doch um folgendes Szenario:
Ein Laser sendet tagelang Licht auf eine fast undurchsichtige Platte. Ein minimaler Teil sämtlicher Felder kann diese Platte durchdringen. Alle heiligen Zeiten wird dann ein Photon an der Mattscheibe registriert.

Ja, das ist das Szenario.

Rainer schrieb:

Welches Photon soll da nun registriert worden sein? Es sind abermillionen vom Laser zur Abschirmung gegangen. Irgend eine Feldkombination hat dann an der Mattscheibe geclickt.

Welches Photon ist egal: Die allermeisten werden an der Abschirmung =Filter vernichtet. Sie haben sich dort sozusagen als Teilchen geoutet und ihre Wellenfunktionen sind dabei vollständig kollabiert. Hinter dem Filter auf jedem Weg zum Schirm ist null, nada, von ihnen übrig. Keinerlei Feldkombination und erst recht keine Detektion auf dem Schirm ist möglich, die irgend etwas mit diesen Toten zu tun hat.

Was ausnahmsweise nicht im Filter vernichtet wird, das sind Photonen wie alle anderen vom Laser, mit der gleichen Wellenlänge. Es sind aber nur wenige glückliche, die so am Experiment teilnehmen dürfen, was wir messerscharf daraus schließen, dass nur alle Jubeljahre etwas auf der Mattscheibe klickt.

Da nur diese wenigen Photonen über einem großen Zeitraum detektiert werden, ist es doch sehr wahrscheinlich bzw. fast sicher, dass sie einzeln in recht großem zeitlichem Abstand den Filter verlassen, einzeln durch den Doppelspalt gehen und dann natürlich auch einzeln detektiert werden. => Ziel erreicht. Wir haben einzelne Photonen "erzeugt" (mittels Filter) bzw. wie gewünscht für das Experiment verwendet.

Was da klickt, ist letztlich die "Feldkombination" genau eines der abermillionen im Laser entstandenen Photonen, sollte man meinen, denn wie gesagt: Von den weggefilterten ist ja nichts übrig, was dazu beitragen könnte.

Auf diese Weise kann man also mit beliebiger Genauigkeit sicher stellen, dass das Experiment mit Einzelphotonen durchgeführt wird, und eben nicht mit vielen gleichzeitig, von denen man dann nicht wüsste, "what they are doing with each other". So sieht es anscheinend Prof. Adams und auch ich. Solche einzelnen Objekte können sicher nichts miteinander tun, was das Ergebnis irgendwie verfälschen könnte, weil das eine längst vernichtet ist (seine Wellenfunktion =0 überall), wenn das nächste den Filter verlässt, also Stunden später... oder Tage oder Wochen, je nach gewünschter Genauigkeit.

Steinzeit-Astronom schrieb:

und mein Einwand war sinngemäß: Macht nichts, dann eben mit Filtern.

Achso, dann hatte ich Dich missverstanden. Allerdings macht das eben schon etwas aus, äh nicht nur etwas, sondern sehr viel. Ansonsten muss man gar nicht erst zu filtern anfangen. Es geht ja hierbei um die Kohärenzlänge, also den zeitlichen Versatz der Teilwellen wegen Wegunterschieden und dennoch Zusammenwirken also Interferenzfähigkeit.

Aber das Problem ist komplizierter. Denn der Wegunterschied soll ja exakt die Interferenz begründen, das wäre bei einem Paket mit zwar geringfügig aber dennoch beliebigem zeitlichem Versatz nicht berechenbar. Naja in so einem Fall sieht man wohl auch keine Interferenz mehr, es muss schon kohärentes Licht sein, das eben auch im zeitlichen Versatz in Phase bleibt.

Übrigens wird sich die Kohärenzlänge womöglich in erster Linie aus dem Detektor ergeben, der auch anspricht, wenn über einen längeren Zeitraum die richtige Feldstörung registriert wird. Bei der destruktiven Interferenz spricht er eben nicht an, so dass hier auch keine Feldenergie entnommen wird, und das Photon an anderer Stelle auftauchen kann, weil das Feld noch stark genug ist.

Der Detektor ist in jedem Fall ein (viele) schwingendes Elektron und bei der destruktiven Interferenz wird das schwingende Elektron eben gegenläufig also bremsend beschleunigt. Hierdurch strahlt es wieder keine Sekundärwellen ab, so dass das Feld des Photons nicht gestört wird.

Somit muss die konstruktive oder destruktive Interferenz gar nicht gleichzeitig stattfinden, sonder die Wellenteile müssen nur im zeitlichen Verlauf zusammenpassen. Genau genommen müsste man vielleicht die Rechnung entsprechend zeitlich korrigieren, doch dies wird wohl weniger als messbar ausmachen. Die Wellenlänge ist im Nanometerbereich, so genau kann man das Interferenzmuster gar nicht ausmessen, naja können vielleicht schon.

Rainer schrieb:

es muss schon kohärentes Licht sein, das eben auch im zeitlichen Versatz in Phase bleibt.

Ja richtig. Das vergesse ich manchmal, ist aber eine wichtige Voraussetzung und wird meistens auch dazugesagt. Die Quelle muss Wellen gleicher Länge und Phase emittieren, sonst kann man die Interferenz nicht beobachten.

Wie das bei Elektronen oder Atomen etc. sichergestellt werden kann, weiß ich nicht. Existiert so etwas wie ein Laser, der Elektronen statt Lichtquanten emittiert? Was beim freien Elektron entspricht der Phase? Bei konstanter Geschwindigkeit vermutlich der Zeitpunkt der Emission^^.

Aber sowas verschwindet eigentlich in meiner Schublade "unwichtige Details". Wenn die anerkannte Wissenschaft sagt, dass man Interferenz auch bei einzelnen größeren Objekten findet, dann glaube ich das als Laie. Solche Details würden mich nur interessieren, wenn ich selber daran forschen wollte. Aber ich will ja nur Schlüsse ziehen aus dem, was die Forscher bis jetzt für gesichert halten.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Die Quelle muss Wellen gleicher Länge und Phase emittieren, sonst kann man die Interferenz nicht beobachten.

Das ist auf jeden Fall richtig, wenn man nur ein Photon betrachtet. Und dies wäre nun das experimentum crucis, um festzustellen, ob das "einzelne Photon" wirklich ein einzelnes ist. Dazu benützt man einfach normales inkohärentes Licht mit dem dicken Filter, so dann in jeder Stunde nur ein Photon registriert wird. Und nun wäre es interessant, ob dieses überhaupt interferenzfähig ist ... oder in diesem Fall sinkt die Internsität drastisch und der Filter muss reduziert werden ..... beides interessante Fragen.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Was beim freien Elektron entspricht der Phase?

Naja die Modellanschauung ist ja, dass alle elementarteilchen Anregungen von speziellen Teilchenfeldern sind. In Analogie zum Licht geht man dabei wohl von zwei orthogonalen Feldern aus Ẽ×B̃. Diese beiden gedachten Felder schwingen also in eienr teilchentypischen Frequenz von 2π·f=ω=c²m/ℏ=ωC. Solange sich das Teilchen nicht bewegt, muss es sich also um eine stehende Welle handeln. Vielleicht rotiert es ja. Es hat ja einen Spin s=ℏ/2, darstellbar als Sinuskurve. In Bewegung ergibt sich dann vielleicht die de Broglie Wellenlänge gemäß der Gruppengeschwindigkeit. ωB = v/rB = β²c²m/ℏ = β²ωC.

Aber zurück zur Kohärenzlänge. Ich denke, dass Elektronen etc nicht kohärent erzeugt werden können. Die Kohärenzlänge ist beim Elektron oder Buckyball kleiner als bei Strahlung. Ich bin mir ziemlich sicher, dass sie mit geringerer Geschwindigkeit der Teilchen sinkt.

wiki: so zeigen sich ähnliche Interferenzen wie bei Licht

Die Abbildungen sehen zwar genauso aus wie bei Strahlung www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-int...ndwissen/doppelspalt
Leifi (Originalexperiment 1960) www.leifiphysik.de/quantenphysik/quanten...versuch-von-joensson


Die beim Versuch von Jönsson verwendeten Elektronen werden durch eine Spannung von 50 keV beschleunigt. Berechne relativistisch die de-Broglie-Wellenlänge dieser Elektronen.
Bei einer Umfrage im Mai 2002 des Organs der englischen physikalischen Gesellschaft "Physics World" nach dem schönsten Experiment aller Zeiten, kam der Jönsson-Versuch auf den ersten Platz.

Die de Broglie Wellenlänge ist also gleich, doch die Phase ist ja nicht präparierbar.

wissenstexte.de/physik/kohaerenz.htm
Zwei Wellenzüge, die untereinander eine feste Phasenbeziehung haben, nennt man kohärent. (Es ist nicht notwendig, dass alle dieselbe Phase haben – nur der Unterschied in der Phase darf sich nicht ändern.) Eine solche feste Phasenbeziehung ist notwendig, will man Interferenzerscheinungen beobachten.

Demnach kommt es nicht auf Phasengleichheit an sondern nur die Frequenzgleichheit .... naja das vergrößert eben die Kohärenzlänge, das war ja der Grund, weshalb wir ich nicht gefilterte, sondern physikalisch einzelne Teilchen wollte.

Bei Lasern wird wohl auch "phasengleich" mit "frequenzgleich" synonym also falsch verwendet.
Uni Wien: Als kohärent wird eine Strahlung bezeichnet, bei der alle enthaltenen Photonen die gleiche Energie, gleiche Richtung und Phase besitzen. Aufgrund dieser Kohärenz ist Laserlicht monochromatisch und stark gebündelt.

wiki: Die Strahleigenschaften eines Laserstrahles werden wesentlich durch die Art des Laser-Resonators bestimmt, insbesondere spielen dabei die Geometrie des aktiven Mediums und die Spiegelanordnung eine wichtige Rolle. Mit Lasern gelingt es, Licht in hohem Grade zu kontrollieren bzw. zu manipulieren (Brillanz, Intensität, Richtung, Frequenz, Polarisation, Phase, Zeit). Eine allgemeine Aussage über die Strahleigenschaften ist daher nicht möglich

Naja gut, es gibt also wohl durchaus Laser, die auch phasengleich strahlen.

OMG deine Formeln sagen mal wieder weniger als 1000 Bilder... Ich scheitere schon an der ersten:
2π·f=ω=c²m/ℏ=ωC
=> ω=c²m/ℏ=ωC
=> ω=ωC
=> C=1
Was zum Geier ist hier C mit dem Wert 1? Nur zur Zierde da oder nur zur Verwirrung? C steht vielleicht für die el. Ladung. Was hat sie mit ω zu tun? Ich fürchte wir driften in unwichtige Details ab, die zudem auch noch unverständlich sind, jedenfalls für mich.

Soll das etwas über die el. Feldstärke an einem Ort in Abhängigkeit von der Zeit aussagen, da ω=2π·f ja wohl die Kreisfrequenz ist? Lass' doch die Formeln weg, wenn du sie nicht wenigstens halbwegs laienverständlich erklärst. Man kommt sich wie ein Idiot vor und verliert jegliche Lust dir zu folgen.

P.S.: Trotzdem ein Danke für den Versuch von Jönsson . Den kannte ich bisher nicht.

Steinzeit-Astronom schrieb:

ωC

Das steht doch dort #103034 : Comptonkreisfrequenz.

Meine Variablen haben oft mehrere Zeichen, Faktoren trenne ich normal mit einem Rechenzeichen.

Rainer schrieb:

die Phase [von Elektronen] ist ja nicht präparierbar

Denke schon, denn Jönnson hat es offenbar geschafft. Sein Interenzmuster sieht perfekt aus, trotz nicht präparierbarer Phasen an der Elektronenquelle. Der Trick ist vielleicht das eingezeichnete Fraunhofer-Objektiv ( Achromat ), das vermutlich die Gangunterschiede angleicht. Wenn das für einen Elektronenstrahl klappt, sollte es doch auch für einzelne Elektronen nach einem Filter klappen...
Quelle

Seltsam ist aber, dass die Fraunhoferlinse erst nach dem Doppelspalt zum Einsatz kommt. Naja, dann ist sie natürlich weniger "beschäftigt", weil viele Elektronen gar nicht erst durch den Doppelspalt gelangen. Wir wollen die arme Linse ja nicht unnötig mit Elektronen bombardieren, die uns nachher gar nicht interessieren .

Steinzeit-Astronom schrieb:

Denke schon, denn Jönnson hat es offenbar geschafft. Sein Interenzmuster sieht perfekt aus, trotz nicht präparierbarer Phasen an der Elektronenquelle.

Das Gegenteil wäre der Fall, habe ich alles schon gechrieben und dies war ja der Anlass, über physisch einzelne Teilchen anstatt heruntergefilterten Wellensalat zu sprechen.

Je perfekter die Phasengleichheit ist, desto geringer sollte die Kohärenzlänge an einem Punkt sein. Die bei wiki beschriebene Kohärenzlänge betrifft hingegen die Entfernung von der Quelle, in der noch Kohärenz zu erwarten ist, eine ganz andere Frage, das fällt mir auch jetzt gerade erst auf.

Die Überlagerung unterschiedlicher Phasen identischer Frequenz erlaubt es hingegen, auch Interferenz von Laufzeitunterschieden auf Grund von unterschiedlichen Weglängen der Teilwellen zu erzeugen. Der Phasenunterschied entsteht dabei trotz identischer Erzeugung durch den zeitlichen Abstand. Die Wellen treffen also an den Spalten immer identisch auf, nur eben zeitlich versetzt. Daher zeigt die Konstruktion der Wellenmuster die Situation korrekt und sie können interferieren, weil sie sich durch den zeitlichen Versatz gleichzeitig am selben Punkt treffen.

So verstehe ich es jedenfalls jetzt.

Rainer schrieb:

Die bei wiki beschriebene Kohärenzlänge betrifft hingegen die Entfernung von der Quelle, in der noch Kohärenz zu erwarten ist, eine ganz andere Frage, das fällt mir auch jetzt gerade erst auf.

Ja, das ist etwas anderes. Die Kohärenzlänge ist nach meinem Verständnis der Phasenunterschied 0..2π.

Rainer schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Denke schon, denn Jönnson hat es offenbar geschafft. Sein Interenzmuster sieht perfekt aus, trotz nicht präparierbarer Phasen an der Elektronenquelle.

Das Gegenteil wäre der Fall, habe ich alles schon gechrieben und dies war ja der Anlass, über physisch einzelne Teilchen anstatt heruntergefilterten Wellensalat zu sprechen.

Die Kohärenzlänge muss zw. allen Objekten gleich sein, abgesehen von der Wellenlänge, die ohnehin für alle gleich sein muss. Das sind die beiden notwendigen und hinreichenden Voraussetzungen.

Die Wellenlänge ist beim Laser wie beim Elektronenstrahl kein Problem. Photon ist Photon (monochromatisch) und Elektron ist Elektron. Die konstante Kohärenzlänge ist beim Laser konstruktionsbedingt gegeben. Daher verstehe ich nicht, was du beim Laser mit "heruntergefilterten Wellensalat" meinst. Der Filter nimmt nur Photonen weg, pfuscht aber nicht an der Kohärenz herum. Manche gehen ungehindert durch und andere gar nicht. Das ist alles.

LeifiPhysik definiert im Video die verlangte Kohärenz: "Wellen haben die gleiche Wellenlänge und stehen in fester Beziehung zueinander, die sich über die Zeit nicht ändert." Die feste Beziehung meint die konstante Kohärenzlänge. Es wird im Video die Tatsache der konstanten Wellenlänge begründet (Laserlampe), und dann heißt es: "Wenn wir jetzt noch die Quelle fixieren [der Laser wird in ein Stativ gespannt], dann wird sich die Phasenbeziehung zwischen dem Licht, das durch die beiden Spalte flitzt, über die Zeit nicht mehr ändern." Voilà: Die konstante Kohärenzlänge. Die für den Versuch notwendige Kohärenz ist also gegeben, beide Voraussetzungen erfüllt.

Beim Elektronenstrahl entsteht die gleiche Kohärenzlänge leider nicht bereits an der Quelle wie beim Laser. Deshalb muss sie nachträglich hergestellt werden. Sie ist nun mal Voraussetzung für einen erfolgreichen Versuch. Wäre diese Voraussetzung nicht erfüllt gewesen, hätte Jönnson kein Interferenzmuster bekommen. Er hat es offenbar geschafft, und ich vermute mit dem Fraunhofer-Objektiv. Die Kohärenzbedingungen waren anscheinend kein großes Problem... die Nanotechnologie schon eher.