Welle-Teilchen-Dualismus

• Licht als Welle:
  • Doppelspaltexperiment zeigt Interferenzmuster
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  • ein Spalt abgedeckt → Bild ist mit Teilchenvorstellung verträglich ("Schrotschuss-Muster")
  • beide Spalte offen: Teilchen ergäben Überlagerung, aber keine Interferenz
• Doppelspalt-Experiment mit Einzelphotonen:
  • gleicher Versuchsaufbau, aber ganz schwache Lichtquelle, emittiert etwa ein Photon alle Sekunden
  • Messung am Schirm: Viele sehr empfindliche Detektoren, zeigen jeweils das Auftreffen eines einzelnen Photons
  • Ergebnis: Photonen kommen scheinbar zufällig an den verschiedenen Detektoren an, Häufigkeitsverteilung im Laufe der Zeit:
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  • ein Spalt abgedeckt → "Schrotschuss-Muster", keine Interferenz
  • klassisch nicht verstehbar: Woher weiß das Photon, ob der andere Spalt auf oder zu ist?
• Interpretation als Wahrscheinlichkeitswelle:
  • Licht ist weder (klassische) Welle noch (klassischer) Teilchenstrom
  • Licht quantenmechanisch beschrieben durch eine Wellenfunktion Ψ(x,t) = Maß für die Wahrscheinlichkeit, ein Photon anzutreffen
  • bei der Ausbreitung: Wellencharakter, Interferenz
  • bei der Wechselwirkung (mit einzelnen Elektronen oder im Detektor): einzelnes Photon mit bestimmter Wahrscheinlichkeit
  • statistische Interpretation: Ort, an dem ein einzelnes Photon ankommt, ist nicht vorhersagbar, nur Wahrscheinlichkeit
  • bei sehr vielen Photonen: im Mittel ist alles wie bei einer klassischen Welle