Doppelspaltexperiment -> Was sind Wellen bzw. warum tut irgendwas Wellen machen?



  • Ich wollte gerade mal das mit Quantenmechanik und Zufall verstehen und bin zum Doppelspaltexperiment gekommen, was mir immer noch nich klar ist, wie das ganz genau aussieht, weil alle Beschreibungen viel zu undetailliert sind. Auf jeden Fall wird behauptet, dass Wellen (was ja sehr undefiniert ist) ein Interferenzmuster erzeugen.
    Beim Nachdenken, wie diese undefinierten Wellen aussehen, ist mir aufgefallen, dass ich nicht mal verstehe, warum Licht sich in Wellen bewegt.
    Bei Wasser kann ich mir das vielleicht halbwegs erklären. In einer großen Menge von Wassermolekühlen werden einige nach unten gedrückt (z-Richtung) und dann verschwindet das was sie nach unten drückt relativ schnell. Das Wasser will wieder in den Zustand zurück, wie es vor dem runterdrücken war und strömt eigentlich von allen x- und y-Richtungen in diesen freien Raum, aber warum nach oben ... ich bin mir doch nicht mehr sicher.
    Kann mir einer erklären, wie das beim Wasser detailiert funktioniert und dann beim Licht. Aber bitte nicht nur sowas wie Wellen sind Energie und nicht Materie, das erklärt mir gar nichts.



  • Ok, ich hab noch eine Theorie warum sich Wasser bei der Welle wieder nach oben bewegt. Die Kraft die für Auftrieb sorgt ist immer da (auch wenn der Gegenstand nicht schwimmt) und Wassermolekühle werden dadurch nach oben gedruckt und bewegen sich aufgrund der Trägheit weiter nach oben als der Wasserspiegel ist und fallen dann wieder runter usw... Stimmt das soweit? Und wie funktioniert das jetzt bei Licht?



  • Gerade das Doppelspaltexperiment zeigt die Dualität von elektromangetischen Wellen und sogar von Materie auf:
    - mir Referenzmuster = Welle
    - ohne Muster = Teilchen
    Zu "Teilchen" wird es immer dann wenn man versucht festzustellen, welchen Weg ein Photon ("Quant") oder auch ein Teilchen wie ein Proton bzw. sogar ganze Moleküle genommen, sprich welchen Spalt es passiert hat: mit der Detektion verliert es seine Fähigkeit zu interferieren

    Der Zufall ("objektiver Zufall in der QM") ist was anderes: es geschieht etwas objektiv ohne Ursache, d.h. es ist nicht so dass wir die Ursache nicht erkennen können sondern es gibt einfach keine.



  • Das ist eine kurze Zusammenfassung des Doppelspaltexperiments, aber beantwortet überhaut nicht meine Frage was eine Welle ist bzw. wie Licht sich in Wellen bewegt.



  • Versuchen erst einmal zu verstehen warum es Wellen und Teilchen gibt. Das es Wellen gibt ist nicht so logisch und selbstverständlich wie es heute scheint.
    Stichwort: Maxwell-Gleichungen
    Und bevor du jetzt den Schlaumeier raushängen lässt und sagst, das weiß ich alles weil ich super bin aber ich weiß immer noch nicht warum Licht sich in Wellen ausbreitet, diese Gleichungen sind die Grundlage dafür. Und weiter geht es dann mit dem Teilchenaspekt des Lichts, ja, auch in Interaktion mit den Elektronen sieht man den Teilchencharakter von Photonen.



  • wogehtslos schrieb:

    Das ist eine kurze Zusammenfassung des Doppelspaltexperiments, aber beantwortet überhaut nicht meine Frage was eine Welle ist bzw. wie Licht sich in Wellen bewegt.

    ach so, das wusstest du alles schon, sry.

    Erstmal breitet sich Licht nicht in Wellen aus sondern offenbar wellenförmig: es hat eine Frequenz und eine Wellenlänge, also ist es (erstmal) eine Welle.

    Der Vergleich mit Wasser, Luft usw. ist problematisch, weil das Übertragungsmedien sind: Licht braucht kein Medium um sich fortzupflanzen, deshalb kann man es sich eben nicht genau wie eine Wasserwelle vorstellen und das Modell 1:1 adaptieren, und obwohl Licht Eigenschaften wie Frequenz, Wellenlänge und Interferenzfähigkeit hat gibt es noch ein Problem dabei: da nichts so schnell wie Licht sein kann wird man nie ein Wellenberg- oder Tal einholen um es zu beobachten 🙂



  • waschbrettwampe schrieb:

    Versuchen erst einmal zu verstehen warum es Wellen und Teilchen gibt. Das es Wellen gibt ist nicht so logisch und selbstverständlich wie es heute scheint.
    Stichwort: Maxwell-Gleichungen
    Und bevor du jetzt den Schlaumeier raushängen lässt und sagst, das weiß ich alles weil ich super bin aber ich weiß immer noch nicht warum Licht sich in Wellen ausbreitet, diese Gleichungen sind die Grundlage dafür. Und weiter geht es dann mit dem Teilchenaspekt des Lichts, ja, auch in Interaktion mit den Elektronen sieht man den Teilchencharakter von Photonen.

    👍



  • vlt. hilft diese Diskussion: http://www.physikerboard.de/topic,24034,-licht-mit-wellen-und-teilchencharakter.html

    Wichtig: Alles hat Wellen- und Teilchencharakter zugleich, auch das Licht (Teilchen: Nachweis einzelner Photonen; Welle: Interferenz am Spalt).

    Das Photon schafft Lichtgeschindigkeit nur, weil es Ruhemasse 0 besitzt, ist also irgendwie ein "Teilchen" aus einer anderen "Welt".



  • naja wenn man die Quatenmechanik mal etwas beiseite lässt, kann man sich Licht als eine Welle von elektromagnetischen Feldern vorstellen, diese werden schwächer und stärker, wie man es auch von Wasserwellen kennt.

    Gleichzeitig kann man sich Licht aber auch wie Elektronen vorstellen. Das sind erst mal Teilchen, aber auf Grund der Unschärferelation kann man bei ihnen nur angeben, wo sie gerade wahrscheinlich sind, weil man ihre Position nicht genau kennen kann. Und die Wahrscheinlichkeit beschreibt in der Mathematik eine Wellenfunktion.

    Physik ist ein Modell, das Modell reicht um alles zu beschreiben und zu erklären, was wir messen konnten, wenn wir was neues messen, brauchen wir ein neues Modell. Beide Vorstellungsweisen deshlab natürlich ohne Gewähr.



  • Müsste man korrekterweise nicht sagen, dass Licht/Photonen Energiemuster von Wellen und Teilchen aufweisen (eben Wellen-und Teilchencharakter haben)? Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?


  • Mod

    wogehtslos schrieb:

    Müsste man korrekterweise nicht sagen, dass Licht/Photonen Energiemuster von Wellen und Teilchen aufweisen (eben Wellen-und Teilchencharakter haben)?

    Energiemuster? Aber an sich ja: Die Unterscheidung zwischen Wellen und Teilchen ist eine Unterscheidung in der makroskopischen Welt. An sich hat alles Eigenschaften von beidem und die Begriffe Welle und Teilchen sind nur mathematische Extremfälle für niedrige und hohe Energien. Diese Näherungsfälle sind in der Makrowelt aber derart genau, dass man sehr genau hinsehen muss, um beispielsweise im Licht teilchenartiges Verhalten beobachten zu können.

    Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    😕 Wieso?

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?

    Kommt auf den Aufbau des Experiments an. Aber damit du das bekannte Interferenzmuster beobachten kannst, solltest du es so aufbauen, dass es möglichst parallel ankommt.



  • wogehtslos schrieb:

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?

    Das ist beides das gleiche. Wellen breiten sich immer radial vom Erzeuger weg aus, und durch den Spalt kommt "nur eine" Welle (oder nur Wellen, die so gleich sind, dass es nicht interessiert dass es mehrere sind). In beiden Fällen das gleiche Ergebnis.

    Der Dualismus ist nur eine Hilfe der Physiker mit der Wirklichkeit arbeiten zu können, mit der Wirklichkeit hat es sehr wahrscheinlich so direkt aber nichts zu tun.



  • wogehtslos schrieb:

    Müsste man korrekterweise nicht sagen, dass Licht/Photonen Energiemuster von Wellen und Teilchen aufweisen (eben Wellen-und Teilchencharakter haben)? Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    Nein, die Geschwindigkeit ist unabhängig von der Frequenz, jedoch nicht die Energie: E = h * f. Deshalb sind kurzwellige UV-, Röntgen- bis Gammastrahlen so energiereich und gefährlich - sichtbares Licht, Infrarot, Radio usw. tragen immer weniger Energie

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?

    Auf youtube gibt es haufenweise Illustrationen dazu, auch auf deutsch



  • SeppJ schrieb:

    Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    😕 Wieso?

    Wird Lichtgeschwindigkeit nicht gemessen, indem man die Zeit misst, die ein Lichtstrahl/Photon braucht um von einen Punkt auf einer geraden Linie zum anderen zu kommen? Wenn das Photon sich nicht genau auf dieser Linie bewegt, sondern wellenförmig, legt es einen längeren Weg zurück und wäre schneller als die gemessene Lichtgeschwindigkeit. Und wenn die Amplitude gleich bleiben soll, wird der Weg noch länger, bei höherer Frequenz.

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?

    Kommt auf den Aufbau des Experiments an. Aber damit du das bekannte Interferenzmuster beobachten kannst, solltest du es so aufbauen, dass es möglichst parallel ankommt.

    Möglichst parallel oder 100% parallel? Bei 100% parallel kann ich mir nicht vorstellen, wie bei Licht dann ein Interferenzmuster entsteht.



  • wogehtslos schrieb:

    Müsste man korrekterweise nicht sagen, dass Licht/Photonen Energiemuster von Wellen und Teilchen aufweisen (eben Wellen-und Teilchencharakter haben)? Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    Du scheinst Dir das so vorzustellen, dass das Photon den Wellenbergen entlangläuft.
    Das ist aber Quatsch.
    In der Teilchennäherung bewegt sich Das Photon natürlich geradlinig.


  • Mod

    wogehtslos schrieb:

    SeppJ schrieb:

    Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    😕 Wieso?

    Wird Lichtgeschwindigkeit nicht gemessen, indem man die Zeit misst, die ein Lichtstrahl/Photon braucht um von einen Punkt auf einer geraden Linie zum anderen zu kommen? Wenn das Photon sich nicht genau auf dieser Linie bewegt, sondern wellenförmig, legt es einen längeren Weg zurück und wäre schneller als die gemessene Lichtgeschwindigkeit. Und wenn die Amplitude gleich bleiben soll, wird der Weg noch länger, bei höherer Frequenz.

    Wie machst du das denn? Klebst du einen GPS-Empfänger an ein Photon und lässt dir ein Bewegungsprofil aufzeichnen?

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?

    Kommt auf den Aufbau des Experiments an. Aber damit du das bekannte Interferenzmuster beobachten kannst, solltest du es so aufbauen, dass es möglichst parallel ankommt.

    Möglichst parallel oder 100% parallel? Bei 100% parallel kann ich mir nicht vorstellen, wie bei Licht dann ein Interferenzmuster entsteht.

    Du kannst dir nicht vorstellen, wie bei parallel einfallendem Licht ein Interferenzmuster entsteht? 😕 Das ist doch gerade der Idealfall, bei dem ein besonders gutes Interferenzmuster entsteht und es besonders anschaulich zu erklären ist.



  • scrontch schrieb:

    wogehtslos schrieb:

    Müsste man korrekterweise nicht sagen, dass Licht/Photonen Energiemuster von Wellen und Teilchen aufweisen (eben Wellen-und Teilchencharakter haben)? Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    Du scheinst Dir das so vorzustellen, dass das Photon den Wellenbergen entlangläuft.
    Das ist aber Quatsch.
    In der Teilchennäherung bewegt sich Das Photon natürlich geradlinig.

    Genau das meine ich ja, dass das Photon sich eben nicht wellenförmig bewegt. Und darum eben auch die Frage wie sich die Welle auf die Doppelspaltblende zu bewegt. Wenn man theoretisch nicht eine normale Lichtquelle nimmt, sondern einen "perfekten" Laser, also alle Photonen bewegen sich 100% in die gleiche Richtung und treffen 100% rechtwinklig auf die Blende, würde man doch auch kein Interferenzmuster sehen.

    SeppJ schrieb:

    wogehtslos schrieb:

    SeppJ schrieb:

    Wenn Photonen sich wirklich wellenförmig bewegen würden, wäre das Photon ja schneller als das Licht und wenn die Frequenz höher wird, würde es immer schneller werden.

    😕 Wieso?

    Wird Lichtgeschwindigkeit nicht gemessen, indem man die Zeit misst, die ein Lichtstrahl/Photon braucht um von einen Punkt auf einer geraden Linie zum anderen zu kommen? Wenn das Photon sich nicht genau auf dieser Linie bewegt, sondern wellenförmig, legt es einen längeren Weg zurück und wäre schneller als die gemessene Lichtgeschwindigkeit. Und wenn die Amplitude gleich bleiben soll, wird der Weg noch länger, bei höherer Frequenz.

    Wie machst du das denn? Klebst du einen GPS-Empfänger an ein Photon und lässt dir ein Bewegungsprofil aufzeichnen?

    Ist doch irrelevant für ein Gedankenexperiment.

    Und jetzt noch zum Doppelspaltexperiment. Wie bewegt sich die Welle auf die Blende mit den spalten zu? Parallel (so ähnlich wie eine Welle im Meer auf den Strand) oder kreisförmig (so wie wenn man eine Stein ins Wasser wirft)?

    Kommt auf den Aufbau des Experiments an. Aber damit du das bekannte Interferenzmuster beobachten kannst, solltest du es so aufbauen, dass es möglichst parallel ankommt.

    Möglichst parallel oder 100% parallel? Bei 100% parallel kann ich mir nicht vorstellen, wie bei Licht dann ein Interferenzmuster entsteht.

    Du kannst dir nicht vorstellen, wie bei parallel einfallendem Licht ein Interferenzmuster entsteht? 😕 Das ist doch gerade der Idealfall, bei dem ein besonders gutes Interferenzmuster entsteht und es besonders anschaulich zu erklären ist.

    Nur mal zur Erklärung:
    Von oben:

    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Wasserwelle bewegt sich nach unten (auf deinem Monitor) und schwingt auf und ab (also raus und rein in deinen Monitor)
    
    _________ ___ __________ Blende
    
    ________________________ Strand/Beobachtungsschirm.
    

    Bei Wasser kann ich mir erklären, warum es sich nach der Blende radial bewegt, bei Licht (wie oben der perfekte Laser beschrieben) nicht.


  • Mod

    wogehtslos schrieb:

    Wenn man theoretisch nicht eine normale Lichtquelle nimmt, sondern einen "perfekten" Laser, also alle Photonen bewegen sich 100% in die gleiche Richtung und treffen 100% rechtwinklig auf die Blende, würde man doch auch kein Interferenzmuster sehen.

    Doch! Gerade in dem Fall. Das ist doch gerade die direkte Konsequenz aus der wellenartigen Ausbreitung. Hast du mal geguckt, wie Wellen sich ausbreiten?

    SeppJ schrieb:

    Wie machst du das denn? Klebst du einen GPS-Empfänger an ein Photon und lässt dir ein Bewegungsprofil aufzeichnen?

    Ist doch irrelevant für ein Gedankenexperiment.

    Nein, ist es nicht. Es ist sogar essentiell wichtig, um die Thematik zu verstehen, dass man das eben nicht machen kann.[quote]

    Bei Wasser kann ich mir erklären, warum es sich nach der Blende radial bewegt, bei Licht (wie oben der perfekte Laser beschrieben) nicht.

    Warum nicht? Wie gesagt: Das ist doch gerade das, was man damit meint, wenn man sagt, dass Licht wellenartige Eigenschaften hat. Ob du dir das vorstellen kannst oder nicht, ist dem Licht egal.



  • NA HOFFENTLICH BLEIBT DIESER HIER GLEICH ERHALTEN...

    Wenn man theoretisch nicht eine normale Lichtquelle nimmt, sondern einen "perfekten" Laser, also alle Photonen bewegen sich 100% in die gleiche Richtung und treffen 100% rechtwinklig auf die Blende, würde man doch auch kein Interferenzmuster sehen.

    😃 Da muss ich dich leider Enttäuschen.. Es ist genau umgekehrt! Bei einer normalen Lichtquelle wirst du kein Interferrenzmuster erkennen können, dafür gibt es nichts besseres als einen Laser..

    Ist doch irrelevant für ein Gedankenexperiment.

    Das stimmt..

    Bei Wasser kann ich mir erklären, warum es sich nach der Blende radial bewegt, bei Licht (wie oben der perfekte Laser beschrieben) nicht.

    Einfache Antwort: Wasserwelle ist eine Welle, Licht auch.
    Deine "perfekte" Wasserwelle bewegt sich doch auch "100% rechtwinklig auf die Blende" zu - wo ist also das Problem?!
    Das ist eben die Natur einer jeden Welle.


  • Mod

    Spaghettimann schrieb:

    ÄÄHHHHMMM, IST DAS NORMAL, DASS HIER MEIN BEITRAG EIFACH MAL SO VERSCHWINDET???

    Nein, das ist ein sehr selten angewandtes Mittel. Aber wenn jemand nur störenden Mist schreibt, ist es einfacher, den Störer zu entfernen, als sich stundenlang Zeit zu nehmen, auf jeden Unsinn einzugehen. Der Threadersteller hat anscheinend immer noch ernsthafte Fragen, da brauchen wir keine Trollbeiträge. Alles in deinem Beitrag ist gequirlter Unfug, das ist nicht meine subjektive Meinung, die ich hier erklären werde, sondern einfach Faktencheck. Es kann sich nur um absichtliche Provokation handeln.

    Das ist auch der Grund, warum ich deinen Beitrag erneut löschen werde, aber dies hier werde ich als Erklärung stehen lassen, damit du weißt, warum.

    Dein zweiter Beitrag ist akzeptabel.


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