Warum das Interferenzmuster im Doppelspaltversuch

[SuperpositionSimon]

Dem Thread Axiome der Quantenmechanik habe ich folgendes entnommen:

Zitat von antaris Beitrag anzeigen
Es geht darum, dass eben nicht nur eine Messung einen Kollaps verursacht, sondern schon die Umgebung als Apperat anzusehen ist, denn das Messinstrument gehört zur Umgebung.

TomS antwortet darauf:

Auch die die Umgebung verursacht keinen Kollaps. Diese Idee ist einfach falsch.

Mal ganz einfach. Wenn wir die Kiste öffnen, finden wir z.B. eine tote Katze. Daher gehen wir davon aus, dass sie schon etwas länger tot ist. Der Zustand war also die Katze ist tot. Die Quantenmechanik nach orthodoxer Interpretation liefert das Ergebnis die Katze ist zugleich lebendig und tot. Die Dekohärenz übersetzt man gerne mit die Katze ist lebendig oder tot. Auch letzteres ist aber nicht der Zustand der Katze. Der Zustand ist die Katze ist tot.

Also zumindest nach orthodoxer Interpretation wäre damit der Zustand der Katze tot und lebendig bevor man in die Box schaut.

[Geku]

Mal ganz einfach. Wenn wir die Kiste öffnen, finden wir z.B. eine tote Katze. Daher gehen wir davon aus, dass sie schon etwas länger tot ist. Der Zustand war also die Katze ist tot. Die Quantenmechanik nach orthodoxer Interpretation liefert das Ergebnis die Katze ist zugleich lebendig und tot. Die Dekohärenz übersetzt man gerne mit die Katze ist lebendig oder tot. Auch letzteres ist aber nicht der Zustand der Katze. Der Zustand ist die Katze ist tot.

Ein Forensiker wird sogar den Toteszeitpunkt feststellen können.

[Bernhard]

Zitat von SuperpositionSimon

Also zumindest nach orthodoxer Interpretation wäre damit der Zustand der Katze tot und lebendig bevor man in die Box schaut.

Die "orthodoxe" Interpretation ist die kopenhagener Interpretation, die im Wesentlichen von Bohr, Heisenberg und von Neumann vertreten wurde.

Heute würde ich diese Interpretation als veraltet oder zumindest als unvollständig bezeichnen. Heisenberg hat/hätte Superpositionen wohl einfach als Möglichkeiten gedeutet.

Ausführlichere Interpretationen findet man mit: https://en.wikipedia.org/wiki/Ensemble_interpretation oder der thermal interpretation von Arnold Neumaier: https://arnold-neumaier.at/physfaq/t...opics/s10.html ; https://www.physikerboard.de/topic,6...ssprozess.html

[SuperpositionSimon]

Ein Forensiker wird sogar den Toteszeitpunkt feststellen können.

Dem stimme ich zu. Dennoch hätte die Interpretation auch eine Antwort auf diese Frage. Hier werden die Konsquenzen auf unsere Realitätsvorstellung dann sehr deutlich:

Wenn die Box geöffnet wird, steht fest, dass die Katze beispielsweise tot ist. Der Toteszeitpunkt steht jedoch noch nicht fest steht. Somit wäre dieser widerrum in Superposition von allen Möglichkeiten. Dieser könnte natürlich untersucht und festgestellt werden und damit könnte man schlussfolgern, dass die Katze auch schon vor dem Öffnen der Box tot gewesen sein muss.
Ähnlich wie in der vielen Welten Theorie gäbe es also einen Zweig, an dem die Katze tot ist mit allen seinen logischen Konsequenzen. Die Schlussfolgerung, dass die Katze vorher schon tot gewesen sein muss, wäre zwar sehr plausibel, da stimme ich dir zu, aber wenn man die Konsquenzen auf die Realitätsvorstellung zumindet einmal gedanklich akzeptiert kann es nicht ausgeschlossen werden, dass der eindeutige Zustand der Katze vor dem Öffnen der Box noch nicht fest steht.

[Geku]

Zitat von SuperpositionSimon

Wenn die Box geöffnet wird, steht fest, dass die Katze beispielsweise tot ist. Der Toteszeitpunkt steht jedoch noch nicht fest steht. Somit wäre dieser widerrum in Superposition von allen Möglichkeiten. Dieser könnte natürlich untersucht und festgestellt werden und damit könnte man schlussfolgern, dass die Katze auch schon vor dem Öffnen der Box tot gewesen sein muss

Der Todeszeitpunkt lässt sich sogar in Zahlen ausdrücken. Makroskopische Objekte dürften nicht der Quantenmechanik unterliegen. Wo liegt die Grenze? Wann sind Objekte makroskopisch? Interferenzen am Doppelspalt haben sich auch bei großen Mokülen gezeigt. Könnte die Grenze durch die Indivitulität (Einzigartigkeit, Unterscheidbarkeit) der Objekte verursacht werden. Elektronen, Atome und sogar Moleküle sind voneinander nicht unterscheidbar und bilden im Doppelspalt ein Interferenzmuster aus. Manche Moleküle stellen, bedingt durch unterschiedliche Chiralität und Faltung, einen ein Grenzfall dar.

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Chiralit%C3%A4t_(Chemie)

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Proteinfaltung

Fullerene bestehen aus sehr vielen Atomen, zeigen aber Interferenzmuster. Die Fullerene sind sehr symetrisch aufgebaut. Chiralität? Verschiedene Faltungen?

https://www.spektrum.de/news/teilche...iespalt/708707

In diesem Artikel wird beschrieben, dass Fullerene C60 bei sehr hohen Temperatur den Wellencharakter, Interferenzen zu bilden, verlieren. Kann es nicht sein, dass diese durch die hohe Temperatur = Energie an Indivitulität gewinnen? Störstellen , z.B. in Form von Rissen, in der Vernetzung der 60 Kohlenstoffatome. Die C60 Moleküle unterscheiden sich dann dadurch von anderen C60 Molekülen.

[Jakito]

Zitat von Geku

In diesem Artikel wird beschrieben, dass Fullerene C60 bei sehr hohen Temperatur den Wellencharakter, Interferenzen zu bilden, verlieren. Kann es nicht sein, dass diese durch die hohe Temperatur = Energie an Indivitulität gewinnen? Störstellen , z.B. in Form von Rissen, in der Vernetzung der 60 Kohlenstoffatome. Die C60 Moleküle unterscheiden sich dann dadurch von anderen C60 Molekülen.

Bevor ich den Artikel gelesen hatte, habe ich auch an eine Erklärung in dieser Art gedacht. Ein C60 Molekül in einem angeregten Zustand wird ein leicht anderes Beugungsmuster zeigen, als ein C60 Molekül im Grundzustand. Allerdings gilt dies nicht nur für den internen Zustand der C60 Moleküle, sondern bereits für ihren relativen Zustand aus Sicht des Beugungsgitters, d.h. vor allem deren Impuls. Deshalb muss das Experiment so angelegt sein, dass die Beugungsmuster sich trotz dieser Variationen bei der inkohärenten Überlagerung nicht zu sehr ausschmieren.

Vermutlich ist im konkreten Fall deshalb trotzdem die im Artikel gegegene Erklärung die relevante, dass nämlich die beim Zurückfallen in den Grundzustand abgegebenen Photonen die C60 Moleküle zu genau relativ zum Beugungsgitters lokalisieren, und damit die Interferenz unterdrücken.

[Geku]

Interessanter Artikel über Doppelspalt-Experiment mit nur einem TeilchenSpin-Drehung des Neutrons ermöglicht direkten Nachweis der Quanten-Überlagerung:

https://www.scinexx.de/news/physik/d...einem-teilchen

[SuperpositionSimon]

Danke Geku, für den Link. Ein schönes Experiment, das die Existenz der Superposition bestätigt.

Damit wären wir wieder zurück beim Thema. Noch konnte die Interpretation nicht widerlegt werden. Daher freue ich mich um weitere Unterstützung diese zu beweisen oder gerne auch zu wiederlegen.

Im folgenden eine kurze Zusammenfassung und einen Ausblick, in welche Richtung ein mögliches Experiment gehen könnte:

Im Doppelspaltversuch zeigt sich das Interferenzmuster auch dann, wenn einzelne Photonen stundenlang durch den Versuchsaufbau geschossen werden.
Gemäß der orthodoxen Interpretation lässt sich das dadurch erklären, dass das Photon dabei alle möglichen Wege gleichzeitig geht und deshalb mit sich selbst interferiert. Das Photon befindet sich in Superposition und verhält sich wie eine Welle. Warum sich auf dem Detektorschirm anstelle des Interferenzmusters keine zwei Streifen zeigen, obwohl eine Wechselwirkung mit der Umgebung stattfindet und zudem der Versuchsaufbau dabei visuell wahrgenommen werden kann, bleibt unklar.

An dem Detektorschirm selbst zeigt sich das Photon als Teilchen. Durch die Messung erfolgt ein Kollaps der Wellenfunktion und das Teilchen zeigt sich an einer der möglichen Positionen. An welcher Stelle sich das Photon zeigt, geschieht objektiv zufällig.

Die Superposition ist ein Zustand eines Systems dessen Ergebnis erst durch eine Messung festgelegt wird. Das Ergebnis ist also nicht nur unbekannt, sondern auch noch nicht eindeutig definiert, da vor der Messung alle Möglichkeiten gleichzeitig existieren.

Bislang konnte nicht widerlegt werden, dass dieses Prinzip auch bei makroskopischen Objekten anwendbar ist. Dies zeigt das berühmte Gedankenexperiment von Schrödingers Katze.

Daher wird nach einem Experiment gesucht, um die Existenz der Superposition auch bei makroskopischen Objekten zu beweisen.

Im Doppelspaltexperiment zeigt sich die Superposition indirekt durch das Interferenzmuster. D.h. auf dem Detektorschirm erfolgte bereits der Kollaps der Wellenfunktion. Das dabei entstandene Interferenzmuster lässt sich jedoch nur dadurch erklären, dass sich das Teilchen vorher in einen superpositionierten Zustand befunden haben muss.

Wird beispielsweise eine Münze geworfen, und im Anschluss das Ergebnis nicht gesichtet, wäre nicht auszuschließen, dass sich die Münze bis zur Sichtung des Ergebnisses ebenfalls in Superposition befindet. Somit wäre das Ergebnis der Münze nicht nur unbekannt, sondern auch noch nicht festgelegt. Es wäre also Kopf und Zahl gleichzeitig.

Dieser Zustand lässt sich jedoch nicht beobachten und auch nicht messen, da durch die Messung selbst ein Kollaps der Wellenfunktion herbeigeführt wird. Somit erhält man als Ergebnis immer nur Kopf oder Zahl.

Da es in der Makrowelt jedoch reichlich Zustände gibt, die als Ergebnis mehr als eine Möglichkeit zulassen, wird ein Experiment gesucht, dessen Ergebnis sich wie das Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment nur dadurch erklären lässt, dass das Objekt vorher in einem superpositionierten Zustand gewesen sein muss.

[Geku]

Zitat von SuperpositionSimon

Warum sich auf dem Detektorschirm anstelle des Interferenzmusters keine zwei Streifen zeigen, obwohl eine Wechselwirkung mit der Umgebung stattfindet und zudem der Versuchsaufbau dabei visuell wahrgenommen werden kann, bleibt unklar.

Welche Wechselwirkung und wo soll diese statt gefunden haben?

Findet die Wechselwirkung nicht erst beim Detektor, der Fotoplatte statt?

[SuperpositionSimon]

Welche Wechselwirkung und wo soll diese statt gefunden haben?

Das Photon bewegt sich durch Luft und kollidiert mit dem Doppelspalt etc.
Meines Erachtens Grund genug um sich nicht mehr als Welle zu verhalten.

Findet die Wechselwirkung nicht erst beim Detektor, der Fotoplatte statt?

Ja zum Glück...