P75: Ein ganz großes Missverständnis

 12. Die Wahrscheinlichkeitsinterpretation der QM

In diesem Kapitel werden wir die bis heute tragende Interpretation der QM kennenlernen.

Eigentlich ist dass Wort "Interpretation" ungewöhnlich in der Physik.

Wir haben bisher Formeln gelernt, mit denen wir alle Experimente gut bewschreiben konnten. Aber was steckt hinter den Formeln? Was sind das für Wellen, mit deren Wellenlängen wir rechnen?

Das steckt in den Formeln nicht drin, dass müssen wir hinein interpretieren.

Wie bei einem Gedicht, gibt es viele Möglichkeiten für Interpretationen. Eine werden wir ausführlich begründen, andere danach kennenlernen...und dnan kann sich jede/r von euch die aussuchen, die am besten gefällt...wie bei einem Gedicht...

12.1 Doppelspaltversuch mit vielen Photonen

Wir schicken Licht auf einen Doppelspalt.

Die Lichtquelle muss nach Planck eine Folge von Photonen aussenden, die nach Einstein als Energiequanten (mit Teilcheneigenschaften) "unterwegs" existieren.

Sobald aber der Doppelspalt kommt, verhält sich Licht wie eine Welle. Ein Photon kann, nach unserer Erfahrung entweder nur durch die eine oder nur durch die andere Öffnung gehen. Teilbar sind Photonen nicht.

Die Welle kann durch beide Öffnungen gleichzeitig gehen und danch können  die Teilwellen interferieren. Das haben wir bei Wasserwellen in der E2 sogar gesehen.

quanten.de

 

Wenn wir aber das Licht in den Interferenzmaxima registrieren, dann müssen dort Photonen ankommen, also die Energiequanten, denn nur diese können vom Detektor absorbiert und nachgewiesen werden (vielleicht durch einen Photostrom).

Sieht man auch von Licht nach einem Doppelspaltexperiment die Photoplatten utner dem Mikroskop an oder hat hochauflösende Detektoren, so erkennt man wirklich die Auftrefforte der Photonen.

Mehr noch:

Die Häufigkeit der Photonen auf dem Schirm entspricht der Intensitätsverteilung des Lichtes nach dem Doppelspalt. 

Das alles ist sehr seltsam...

Photonen werdne losgeschickt, Photonen kommen an und unterwegs haben wir Wellen...

12.2 Doppelspaltversuch mit einzelnen Photonen

Da wir wissen, dass selbst bei schwachem Licht extrem viel Photonen unterwegs sind, können wir nicht ausschließen, das diese sich gegenseitig beim Durchgang durch die beiden Spalte wie auch immer beeinflussen.

Deswegen reduzieren wir mal die Photonenzahl so, dass immer nur ein einzelnes Photon durch den Doppelspalt geht.

Das kann ja anscheinend nur durch die eine oder die andere Öffnung gehen, es kann keine Interferenz entstehen...

Pustekuchen...wenn man nur lange genug wartet, und ausreichend viele Photonen sammelt, dann entsteht das bekannte Interferenzmuster.

Ein einzelnes Photon ist in der Lage die beiden Öffnungen des Doppelspaltes zum Anlass für ein Verhalten zu nehmen, bei dem es sich in das übliche Interferenzmuster einer Welle einordnet.

Dabei müssen die Photonen noch nicht mal alle durch den gleichen Doppelspalt gehen. Man könnte baugleiche Doppelspalte auf der ganzen Welt verteilen und beliebig einzelne Photonen hindurchschicken...stellt man die Auftrefforte in einem Diagramm dar , so entsteht ein Interferenzbild!

 

Was auch immer diese Welle ist, wir müssen sie einem einzelnen Photon zuordnen.

Das zeigt dieses uralte Video, dass ich vor Jahrzehnten mit einer Videokamera von einer Super - 8 - Projektion abgefilmt habe und jetzt kommentiert habe.

Licht wird extrem abgeschwächt, dass immer nur einzelne Photonen in der Apparatur sind.

 

 Zum ersten Mal ist dieser Versuch 1972 von Aspect durchgeführt worden.

In allen Schul- und Unibüchern aber wird G.I. Taylor angegeben, der angeblich 1908 das erste Ein-Photonen-Experiment durchgeführt hat.

Im nächsten Post werde ich erklären, warum das nicht ging. Nur mit einem Laser sind Ein-Photonen-Experimente möglich  und Laser gibt es erst 60 jahre nach Taylor...

Taylor hat auch nie behauptet, er hätte mit einzelnen Photonen gearbeiktet. 1908 war der Begriff Photon noch gar nicht da und noch vollkommen unklar, was mit Licht unterwegs passiert. Taylor hat lediglich die Energiemenge berechnet, die er in seinem Experiment nachgewiesen hat.

Hier ein Zitat aus seiner Arbeit:

A simple calculation will show that the amount of energy falling on the plate during the longest exposure was the same as that due to a standard candle burning at a distance slightly exceeding a mile. Taking the value. given by Drude for the energy in the visible part of the spectrum of standard candle, the amount of energy falling on 1 square centimetre of the plate is -5 · 10^-6 ergs per sec, and the amount of energy per cubic, centimetre of this radiation is 1,6 · 10^-16 ergs.

(erg ist eine Untereinheit von Nm: 10 Millionen  erg sind 1 Nm, heute nicht mehr gebräuchlich)

Irgendwann ist diese Fehlinterpretation mal veröffentlicht worden und dann haben alle abgeschrieben...

Versteckt in der Fachliteratur aber steht es immer richtig...Richtig bekannt geworden ist es aber erst 2004 durch drei Jungs vom Vorgänger des SFN, dem PhysikClub...darüber mehr im nächsten Post...