Licht ... ist es ein Teilchen oder eine Welle? Welche grundlegenden Mechanismen bestimmen das Verhalten? Und was am wichtigsten ist: Ändert der bloße Akt der Beobachtung dieses Verhalten? Dies ist das Rätsel, über das sich Quantenphysiker seit vielen Jahrhunderten Gedanken gemacht haben, seit die Photonenwellenmechanik theoretisiert und das Doppelspaltexperiment erstmals durchgeführt wurde.
Dies war auch als Young-Experiment bekannt und umfasste Teilchenstrahlen oder kohärente Wellen, die durch zwei eng beieinander liegende Schlitze gingen, um die resultierenden Auswirkungen auf einen Bildschirm hinter ihnen zu messen. In der Quantenmechanik zeigte das Doppelspaltexperiment die Untrennbarkeit der Wellen- und Teilchennatur von Licht und anderen Quantenteilchen.
Das Doppelspaltexperiment wurde erstmals 1803 von Thomas Young durchgeführt, obwohl Sir Isaac Newton zu seiner Zeit ein ähnliches Experiment durchgeführt haben soll. Während der ursprünglichen Experimente beleuchtete Newton ein kleines Haar, während Young einen Kartenstreifen mit einem darin eingeschnittenen Schlitz verwendete. In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler eine Punktlichtquelle verwendet, um eine dünne Platte mit zwei parallelen Schlitzen zu beleuchten, und das durch die Schlitze hindurchtretende Licht trifft auf einen Bildschirm hinter ihnen.
Unter Berufung auf die klassische Partikeltheorie sollten die Ergebnisse des Experiments den Schlitzen entsprechen, wobei die Auswirkungen auf den Bildschirm in zwei vertikalen Linien erscheinen. Dies war jedoch nicht der Fall. Die Ergebnisse zeigten unter vielen Umständen ein Interferenzmuster, das nur auftreten konnte, wenn Wellenmuster beteiligt waren.
Klassische Partikel stören sich nicht; sie kollidieren nur. Wenn klassische Partikel in einer geraden Linie durch einen Schlitz gebrannt werden, treffen sie alle in einem Muster auf den Bildschirm, das dieselbe Größe und Form wie der Schlitz hat. Wenn zwei offene Schlitze vorhanden sind, ist das resultierende Muster einfach die Summe der beiden Einzelspaltmuster (zwei vertikale Linien). Das Experiment zeigte jedoch immer wieder, dass die kohärenten Lichtstrahlen störten und ein Muster aus hellen und dunklen Bändern auf dem Bildschirm erzeugten.
Es wurde jedoch immer festgestellt, dass die Banden auf dem Bildschirm absorbiert wurden, als ob sie aus diskreten Teilchen (auch Photonen genannt) zusammengesetzt wären. Um die Sache noch verwirrender zu machen, wurden Messgeräte installiert, um die Photonen beim Durchgang durch die Schlitze zu beobachten. Als dies geschah, erschienen die Photonen in Form von Partikeln und ihre Auswirkungen auf den Bildschirm entsprachen den Schlitzen, winzigen partikelgroßen Flecken, die in geraden vertikalen Linien verteilt waren.
Durch die Platzierung eines Beobachtungsgeräts brach die Wellenfunktion der Photonen zusammen und das Licht verhielt sich wieder wie klassische Teilchen! Dies konnte nur gelöst werden, indem behauptet wurde, dass sich Licht sowohl als Teilchen als auch als Welle verhält und dass durch ihre Beobachtung der Bereich der Verhaltensmöglichkeiten so weit eingeschränkt wird, dass ihr Verhalten wieder vorhersehbar wird.
Das Doppelspaltexperiment brachte nicht nur die Teilchenwellentheorie der Photonen hervor, sondern machte die Wissenschaftler auch auf die unglaubliche, verwirrende Welt der Quantenmechanik aufmerksam, in der nichts vorhersehbar ist, alles relativ ist und der Beobachter kein passives Subjekt mehr ist , aber ein aktiver Teilnehmer mit der Macht, das Ergebnis zu ändern. Klicken Sie hier, um eine animierte Demonstration des Doppelspaltexperiments zu erhalten.
Wir haben viele Artikel über das Double Slit Experiment für das Space Magazine geschrieben. Hier ist eine Forumsdiskussion über ein hausgemachtes Doppelspaltexperiment und hier ein Artikel über die Welle-Teilchen-Dualität.
Wenn Sie weitere Informationen zum Doppelspaltexperiment wünschen, lesen Sie diese Artikel von Physorg.com und Space.com.
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast rund um die Quantenmechanik aufgenommen. Hören Sie hier, Episode 138: Quantenmechanik.
