Der Quantenradierer: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 21. Februar 2013, 12:54 Uhr

Inhaltsverzeichnis

   * 1 Aufbau und Beobachtung
         o 1.1 Doppelspalt ohne Polfilter
         o 1.2 Doppelspalt mit gekreuzten Polfiltern
         o 1.3 Doppelspalt mit drittem Polfilter als "Quantenradierer"
   * 2 Folgerungen
   * 3 Links

Aufbau und Beobachtung

   Versuchsaufbau Radierer
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   Versuchsaufbau Radierer

Doppelspalt ohne Polfilter

Senden wir Licht auf einen Doppelspalt, so entsthen Interferenzmuster, senden wir einzelne Photonen auf einen Doppelspalt so erhalten wir ebenfalls Interferenzmuster, die Photonen scheinen mit sich selbst zu interferiern. Das Licht bzw. die Photonten scheinen nun Wellencharakter zu haben.

Doppelspalt mit gekreuzten Polfiltern

Baut man jetzt aber hinter den Spalten Polarisatoren ein, ändert sich das Ergebnis. Wird jedem Spalt eine bestimmte Polarisation zugeschrieben, verschwindet die Interferenz des Doppelspaltes, es ist nur noch die Interferenz des Einfachspaltes zu sehen.

   Einfachspaltmuster
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   Einfachspaltmuster

Es ist möglich die Polarisation des Lichts, bzw des Q.o., hinter dem Spalt zu messen. Wenn jetzt also jeweils eine andere Polarisatin vorliegt, kann man sagen durch welchen Spalt das Q.o. gegeangen sein muss, d.h man macht eine Aussage über dessen Ort, d.h. der Wellencharakter und somit auch die Interferenz des Doppelspaltes verschwindet. Durch jeweilige Polarisation erschafft man also die "welche-Weg" Information.

Doppelspalt mit drittem Polfilter als "Quantenradierer"

Ein weiteres sehr merkwürdiges Phänomen tritt auf, wenn man diese Information wieder "ausradiert". Dieses ist wiederum mit Polarisation möglich. Stellt man zwischen Detektor und Q.r. einen Linearpolarisator, so entsteht das Doppelspaltinterferenzmuster wieder. Dieses ist zwar mit dem Vorwissen leicht nachzuvollziehen, aber kaum mit gesundem Menschenverstand zu fassen. Dadurch, dass nun beide Strahlen wieder in einer Ebene gleich polarisiert sind, ist es wieder nicht möglich zu sagen welchen Weg das Q.o. genommen hat, d.h. die "welche-Weg" Information fällt wieder weg, Wellencharakter des Lichts ist wieder "entstanden", man sieht wieder ein Dsim.

Bild:
   Dsim
   ("ist wirklich ein Doppelspaltinterferenzmuster, echt!") 

Folgerungen

Es scheint allemal sehr erstaunlich, da ein Polarisator hinter dem Doppelspalt die Interferenz beeinflusst. Obwohl das Licht bzw. die Photonen den Doppelspalt schon passiert haben, scheint im Nachhinen die Eigenschaft des Doppelspaltes ("Wellen zur Interferenz zu bringen") aufzutreten.

Das grundsätzliche Problem mit dem sich der Quantenradierer beschäftigt, ist die Information über den Ort des "Teilchens". Bei weiterer Betrachtung der Quantenmechanik fällt auf dass über klassische Größen, wie der Ort oder die Energie, nicht mehr leicht eine Aussage getroffen werden kann. So die Heisenbergsche Unschärferelation. Sie besagt konkret, dass entweder der Impuls oder der Ort eines "Teilchens" gemessen werden kann, nicht aber beides zugleich (bzw. nur endlich genau.)

[math]\Delt x \cdot \Delta p \ge \frac{1}{2} \hbar[/math], wobei [math]\hbar=\frac {h}{2 \pi}[/math] ist; [math]h[/math] ist das planksche Wirkungsquantum.

Dies basiert widerum auf dem Wellen,- Teilchencharakter des Quantenobjekts. (Es ist vielleicht besser von einem Quantenobjekt zu reden. Es wäre vermessen sich unter so einem "Teilchen" eine kleine Kugel vorzustellt, diese "Teilchen" existiern nicht wirklich, wie man hier sehen kann sind Größen wie der Ort oder die Energie nicht mehr klassisch zu betrachten, sie sind nur noch je nach Messung genau bestimmbar.) nehme wir uns als Messgroßen den Ort und den Impuls eines solchen Q.o. und messen vorerst den Ort, werden wir ein exaktes Ergebnis für den Ort des Q.o. erhalten, der Ort ist also eine "teilchenartige" Eigenschaft (Observable). Von einer Welle kann man nicht genau die Position im Raum bestimmen, Impuls ist also ein "wellenartige" Observable.

Bei dem Quantenradierer geht es jetzt also darum dem Q.o. Wellen- oder Teicheneigenschaften zu geben.

Links

• Spektrum der Wissenschaften, Februar 2004: Quantenradierer (pdf)
• Spektrum der Wissenschaften, Juli 2007: Quantenradierer selbst gemacht (pdf) für den Hausgebrauch
• Programm zur Veranschaulichung vom Verhalten von Quanten am Doppelspalt mit und ohne "Weg-Information"