Licht… ist es ein Teilchen oder eine Welle? Welche grundlegende Mechanik bestimmt sein Verhalten? Und vor allem: Ändert die bloße Beobachtung dieses Verhalten? Dies ist das Rätsel, über das Quantenphysiker seit vielen Jahrhunderten rätseln, seit die Photonenwellenmechanik theoretisiert und das Doppelspaltexperiment erstmals durchgeführt wurde.
Das auch als Youngs Experiment bekannte Experiment bestand darin, dass Teilchenstrahlen oder kohärente Wellen durch zwei eng beieinander liegende Spalte passierten, um die resultierenden Einschläge auf einen dahinterliegenden Bildschirm zu messen. In der Quantenmechanik demonstrierte das Doppelspaltexperiment die Untrennbarkeit der Wellen- und Teilchennatur von Licht und anderen Quantenteilchen.
Das Double Slit Experiment wurde erstmals 1803 von Thomas Young dirigiert, 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 Karton mit einem darin eingeschnittenen Schlitz verwendete. In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler eine punktförmige Lichtquelle verwendet, um eine dünne Platte mit zwei parallelen Schlitzen zu beleuchten, und das durch die Schlitze fallende Licht trifft auf einen dahinterliegenden Bildschirm.
In Anlehnung an die klassische Teilchentheorie hätten die Ergebnisse des Experiments den Schlitzen entsprechen sollen, die Einschläge auf dem Bildschirm würden in zwei vertikalen Linien erscheinen. Dies war jedoch nicht der Fall. Die Ergebnisse zeigten in vielen Fällen ein Interferenzmuster, das nur auftreten konnte, wenn Wellenmuster beteiligt waren.
Klassische Partikel stören sich nicht gegenseitig; sie kollidieren lediglich. Wenn klassische Partikel geradlinig durch einen Spalt geschossen werden, treffen sie alle in einem Muster von derselben Größe und Form wie der Spalt auf den Bildschirm. Wenn zwei offene Schlitze vorhanden sind, ist das resultierende Muster einfach die Summe der beiden Einzelschlitzmuster (zwei vertikale Linien). Aber immer wieder zeigte das Experiment, dass die kohärenten Lichtstrahlen interferierten und ein Muster aus hellen und dunklen Streifen auf dem Bildschirm erzeugten.
Es wurde jedoch immer festgestellt, dass die Banden auf dem Bildschirm absorbiert wurden, als ob sie aus diskreten Partikeln (auch Photonen genannt) zusammengesetzt wären. Um die Sache noch verwirrender zu machen, wurden Messgeräte installiert, um die Photonen beim Passieren der Schlitze zu beobachten. Dabei erschienen die Photonen in Form von Partikeln und ihr Aufprall auf dem Bildschirm entsprach den Schlitzen, winzigen partikelgroßen Flecken, die in geraden vertikalen Linien verteilt waren.
Durch das Aufsetzen eines Beobachtungsgeräts kollabierte die Wellenfunktion der Photonen 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 ihre Beobachtung dazu führt, dass sich die Bandbreite der Verhaltensmöglichkeiten so weit verengt, dass ihr Verhalten wieder vorhersehbar wird.
Das Doppelspalt-Experiment hat nicht nur die Teilchenwellentheorie der Photonen hervorgebracht, sondern den Wissenschaftlern auch die unglaubliche, verwirrende Welt der Quantenmechanik bewusst gemacht, in der nichts vorhersehbar ist, alles relativ ist und der Beobachter kein passives Subjekt mehr ist , sondern ein aktiver Teilnehmer mit der Macht, das Ergebnis zu ändern. Für eine animierte Demonstration des Doppelspalt-Experiments klicken Sie hier.
Wir haben viele Artikel über das Doppelspaltexperiment für Universe Today geschrieben. Hier ist eine Forumsdiskussion über ein hausgemachtes Doppelspaltexperiment und hier ist ein Artikel über die Welle-Teilchen-Dualität.
Weitere Informationen zum Doppelspaltexperiment finden Sie in diesen Artikeln von Physorg.com und Space.com .
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast rund um die Quantenmechanik aufgenommen. Hör zu, Folge 138: Quantenmechanik .
