Das Doppelspaltexperiment
Richard Feynman nannte das Doppelspaltexperiment «ein Phänomen, das unmöglich, absolut unmöglich auf klassische Weise zu erklären ist und das den Kern der Quantenmechanik in sich trägt.» Wenn Teilchen durch zwei schmale Spalte fliegen, erzeugen sie ein Interferenzmuster — selbst wenn sie einzeln hindurchgeschickt werden. Dieser Simulator lässt Sie dieses ikonische Experiment miterleben.
Welle-Teilchen-Dualismus in Aktion
Jedes Photon in dieser Simulation trifft an einem bestimmten Punkt auf dem Detektionsschirm auf — das ist der Teilchenaspekt. Aber die Wahrscheinlichkeit, wo es auftrifft, wird durch die Wellengleichung bestimmt. Mit nur wenigen Photonen sieht das Muster zufällig aus. Wenn sich Hunderte und Tausende ansammeln, entstehen die vertrauten hellen und dunklen Interferenzstreifen aus der statistischen Verteilung. Das ist der Welle-Teilchen-Dualismus, sichtbar gemacht.
Die Physik der Interferenz
Das Interferenzmuster vereint zwei Effekte. Die Doppelspalt-Interferenz (der cos²-Term) erzeugt regelmäßig angeordnete helle Streifen, deren Abstand durch das Verhältnis von Wellenlänge zu Spaltabstand bestimmt wird. Die Einzelspalt-Beugung (die sinc²-Einhüllende) moduliert diese Streifen und erzeugt ein breiteres Muster, das von der einzelnen Spaltbreite abhängt. Zusammen: I(theta) = I_0 cos²(pi d sin theta / lambda) sinc²(pi a sin theta / lambda).
Was die Parameter bewirken
Wellenlänge beeinflusst den Streifenabstand — längere Wellenlängen erzeugen breitere Streifen und verschiedene Farben auf dem Detektionsschirm. Spaltabstand steuert den Interferenzmusterabstand umgekehrt — größerer Abstand bedeutet engere Streifen. Spaltbreite beeinflusst die Beugungseinhüllende — schmalere Spalte verteilen das Licht breiter. Photonenzahl steuert, wie viele Teilchen detektiert werden — beginnen Sie mit wenigen, um die Zufälligkeit einzelner Detektionen zu sehen, und erhöhen Sie dann die Zahl, um das Muster entstehen zu sehen.
Ein tiefes Rätsel
Das Doppelspaltexperiment wirft die tiefste Frage der Quantenmechanik auf: Woher «weiß» jedes einzelne Teilchen von beiden Spalten? Wenn Sie einen Spalt blockieren, verschwindet das Interferenzmuster. Wenn Sie versuchen herauszufinden, durch welchen Spalt das Teilchen gegangen ist, verschwindet das Muster ebenfalls. Das Teilchen scheint alle möglichen Wege gleichzeitig zu erkunden und «wählt» erst bei der Detektion ein bestimmtes Ergebnis. Verschiedene Interpretationen der Quantenmechanik (Kopenhagener, Viele-Welten, Pilotwelle) bieten unterschiedliche Antworten auf dieses tiefgreifende Rätsel.