Das Photon als Quantenobjekt von Christoph Haag <ul><li>Gliederung </li></ul><ul><li>Neue Deutung des Doppelspaltversuches...
Neue Deutung des Doppelspaltversuches <ul><li>Ein einzelnes Photon hat zwei ununterscheidbare Möglichkeiten, von der Quell...
Neue Deutung des Doppelspaltversuches <ul><li>Interferenz findet statt, wenn  zwei klassisch denkbare Möglichkeiten  beste...
Erklärungen <ul><li>Licht besteht nicht aus realen Wellen, es lässt sich jedoch – je nach Versuch - durch  Wellengleichung...
Das Mach – Zehnder Interferometer <ul><li>Was passiert, wenn nicht kohärentes Tageslicht eingestrahlt wird? </li></ul>
Mach – Zehnder Interferometer  Tageslicht <ul><ul><li>Nicht kohärentes Tageslicht: </li></ul></ul><ul><li>Strahlteiler 1: ...
Mach – Zehnder Interferometer  Laserlicht <ul><ul><li>Laser: </li></ul></ul><ul><li>Laserlicht ist kohärent -> Interferenz...
Mach – Zehnder Interferometer (II) <ul><ul><li>Neue Vorstellungen: </li></ul></ul><ul><li>Nicht „Lichtwellen“ für Interfer...
Mach – Zehnder Interferometer  mit Knaller <ul><li>Detektor (Hier: Knaller, der bei Berührung mit nur einem Photon explodi...
Mach – Zehnder Interferometer  mit Knaller <ul><li>Mögliche Versuchsausgänge: </li></ul><ul><ul><li>1) 50% Chance, dass da...
Mach – Zehnder Interferometer  mit Knaller <ul><ul><li>Besonderheiten </li></ul></ul><ul><li>Welcher-Weg-Information exist...
Quellen <ul><li>http://www.forphys.de </li></ul><ul><li>Physikbuch </li></ul>
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  1. 1. Das Photon als Quantenobjekt von Christoph Haag <ul><li>Gliederung </li></ul><ul><li>Neue Deutung des Doppelspaltversuches </li></ul><ul><ul><li>Interferenz der Möglichkeiten / Wahrscheinlichkeiten </li></ul></ul><ul><ul><li>Klassische Eigenschaften </li></ul></ul><ul><ul><li>Neue Vorstellungen: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Unbestimmtheit </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>objektiver Zufall </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Komplementarität </li></ul></ul></ul><ul><li>Der Knallertest </li></ul><ul><ul><li>Das Mach-Zehnder Interferometer </li></ul></ul><ul><ul><li>Welcher-Weg-Information <-> Interferenz </li></ul></ul>
  2. 2. Neue Deutung des Doppelspaltversuches <ul><li>Ein einzelnes Photon hat zwei ununterscheidbare Möglichkeiten, von der Quelle zum Schirm zu kommen. </li></ul><ul><li>Ein Photon kann sich nicht aufteilen, es besteht immer aus einem Teilchen mit der Energie W=h*f , die nur als Ganzes gemessen werden kann. </li></ul><ul><li>Eine Messung, welchen weg ein Photon genommen hat, ist zum Beispiel durch zwei unterschiedliche Polfilter an den Spalten möglich. </li></ul><ul><li>Welchen Weg ein Photon wählt, ist objektiver Zufall . </li></ul><ul><li>Die „ Welcher-Weg-Information “ (WWI) zerstört die Doppelspalt-Interferenz! </li></ul><ul><ul><li>WWI und Interferenz sind komplementär , können nicht gleichzeitig Existieren </li></ul></ul><ul><ul><li>Definition (Englert, Scully, Walther): &quot;Jedes quantenphysikalische Objekt hat stets sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften. Sie lassen sich aber nie gleichzeitig beobachten - selbst dann nicht, wenn es gelingt, Werner Heisenbergs Unschärferelation zu umgehen.&quot; </li></ul></ul>
  3. 3. Neue Deutung des Doppelspaltversuches <ul><li>Interferenz findet statt, wenn zwei klassisch denkbare Möglichkeiten bestehen, die nicht unterschieden werden können. </li></ul><ul><ul><li>> Interferenz-Bedingung </li></ul></ul><ul><li>Die Einzelspalt – Interferenz bleibt bestehen, da nicht geklärt wurde, wo innerhalb des Einzelspaltes das Photon durchtritt. </li></ul><ul><ul><li>Das Photon verhält sich durch eine Messung nicht automatisch wie ein Teilchen. </li></ul></ul><ul><li>Man könnte argumentieren, dass die Polfilter für die Interferenzunfähigkeit verantwortlich sind; Allerdings bestätigen andere Experimente, dass wirklich nur die WWI für die Interferenzunfähigkeit verantwortlich ist. </li></ul><ul><li>Bei ungenauer Messung ergibt sich ein „verwaschenes“ Interferenzbild </li></ul>
  4. 4. Erklärungen <ul><li>Licht besteht nicht aus realen Wellen, es lässt sich jedoch – je nach Versuch - durch Wellengleichungen beschreiben. </li></ul><ul><li>Interferenz ist nicht das Ergebnis von tatsächlicher Überlagerung von Wellen. </li></ul><ul><ul><li>> Interferenz entsteht bei &quot;Konkurrenz von nicht unterschiedenen klassisch denkbaren Möglichkeiten&quot; </li></ul></ul><ul><li>Es ist nicht möglich, bei einer Interferenzanordnung einen Grund zu finden, weshalb ein Teilchen in diesem Maximum, ein anderes in jenem Maximum, ein drittes - wenn auch selten - in der Nähe eines Minimums nachzuweisen ist. </li></ul><ul><ul><li>> objektiver Zufall </li></ul></ul><ul><li>Die Natur „antwortet“ auf jede an sie gestellte Frage nach einer klassischen Eigenschaft. </li></ul><ul><ul><li>Nach komplementären Eigenschaften kann aber nicht gleichzeitig gefragt werden, bzw. man erhält dann nicht zusammenpassende Messwerte </li></ul></ul>
  5. 5. Das Mach – Zehnder Interferometer <ul><li>Was passiert, wenn nicht kohärentes Tageslicht eingestrahlt wird? </li></ul>
  6. 6. Mach – Zehnder Interferometer Tageslicht <ul><ul><li>Nicht kohärentes Tageslicht: </li></ul></ul><ul><li>Strahlteiler 1: 50% des Lichts auf dem unteren Weg, 50% auf dem oberen </li></ul><ul><li>Strahlteiler 2: Der obere Strahl teilt sich, 25% des ursprünglichen Lichtes in beide Richtungen, der untere Strahl genauso </li></ul><ul><ul><li>50% des ursprünglichen Lichtstrahls in D1, 50% in D2 </li></ul></ul>
  7. 7. Mach – Zehnder Interferometer Laserlicht <ul><ul><li>Laser: </li></ul></ul><ul><li>Laserlicht ist kohärent -> Interferenz </li></ul><ul><li>Das Interferometer wird so eingestellt, dass an D1 konstruktive, an D2 destruktive Interferenz beobachtet wird. </li></ul><ul><li>100% der Photonen kommen bei D1 an – auch wenn nur ein einzelnes Photon hineingeschickt wird </li></ul><ul><ul><li>Zusätzlich kann ein Interferenzmuster bei D1 beobachtet werden </li></ul></ul>
  8. 8. Mach – Zehnder Interferometer (II) <ul><ul><li>Neue Vorstellungen: </li></ul></ul><ul><li>Nicht „Lichtwellen“ für Interferenz verantwortlich, sondern </li></ul><ul><ul><li>Interferenz der Möglichkeiten </li></ul></ul><ul><ul><li>Auch ein einzelnes Photon kommt IMMER bei D1 an </li></ul></ul><ul><li>Unbestimmtheit: Welcher-Weg-Information für ein Photon existiert nicht. </li></ul><ul><li>Objektiver Zufall: Wird mit einem Detektor der Weg gemessen, kann unmöglich vorhergesagt werden, welches Photon welchen Weg nimmt </li></ul>
  9. 9. Mach – Zehnder Interferometer mit Knaller <ul><li>Detektor (Hier: Knaller, der bei Berührung mit nur einem Photon explodiert) in Strahlengang 1 </li></ul><ul><li>Welche möglichen Versuchsausgänge werden zu beobachten sein? </li></ul>
  10. 10. Mach – Zehnder Interferometer mit Knaller <ul><li>Mögliche Versuchsausgänge: </li></ul><ul><ul><li>1) 50% Chance, dass das Photon Knaller trifft – Knaller explodiert </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>50% Chance, dass es „den anderen Weg nimmt“ – jeweils </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>2) 25 %, dass es bei D1 ankommt </li></ul></ul><ul><ul><li>3) 25 %, dass es bei D2 ankommt </li></ul></ul>
  11. 11. Mach – Zehnder Interferometer mit Knaller <ul><ul><li>Besonderheiten </li></ul></ul><ul><li>Welcher-Weg-Information existiert in jedem Fall: Das Photon muss sich auf einen Weg aus allen möglichen Wahrscheinlichkeiten „festlegen“ </li></ul><ul><li>Würden viele Photonen in D1 beobachtet werden, würden sie kein Interferenzmuster bilden. </li></ul><ul><li>Ein in D2 ankommendes Photon verrät, dass es nur eine Möglichkeit gibt , nämlich Strahlengang 1 </li></ul><ul><ul><li>Das Photon hat niemals etwas von dem Knaller „erfahren“, „weiß“ aber trotzdem, dass der Weg nicht frei ist </li></ul></ul><ul><li>Allein die „ Androhung “ einer Messung zerstört die komplementäre Eigenschaft </li></ul><ul><li>Fazit: Die Anwesenheit von Objekten nachweisen, ohne dass etwas an ihnen gemessen wird => mit klassischen Modellen nicht erklärbar </li></ul>
  12. 12. Quellen <ul><li>http://www.forphys.de </li></ul><ul><li>Physikbuch </li></ul>

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