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Wahrscheinlichkeit und Interferenz als Schlüssel zur Quantentheorie Stefan Heusler Didaktik der Physik, Universität Münster.

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Präsentation zum Thema: "Wahrscheinlichkeit und Interferenz als Schlüssel zur Quantentheorie Stefan Heusler Didaktik der Physik, Universität Münster."—  Präsentation transkript:

1 Wahrscheinlichkeit und Interferenz als Schlüssel zur Quantentheorie Stefan Heusler Didaktik der Physik, Universität Münster

2 2. Wellencharakter von Licht 1. Einleitung Themenüberblick 3. Teilchencharakter von Licht: Einzelphotonexperimente 4. Messprozess in der Quantenmechanik

3 Ist es möglich, durch Detektoren die physikalische Welt vollständig zu beobachten? z.B. Erhöhung der Zeitauflösung der Highspeed-Kamera 1.Einleitung: Beobachtbare und Unbeobachtbare Physik z.B. Erhöhung der Anzahl von Pixel und Wellenlängensensitivität einer Digitalkamera z.B. Erhöhung von Speicherplatz auf einer Computerfestplatte

4 Warum nicht?? Quantenmechanisches System kann im Experiment nicht vollständig detektiert werden. Quantenmechanik sagt: NEIN! Antwort ergibt sich aus Kombination von Wellen- und Teilchencharakter von Licht.

5 Analogieexperiment: Interferenz von Schallwellen 2. Wellencharakter von Licht

6 Beugung am Einfach- und Doppelspalt im Wellenbild: Wellencharakter von Licht

7 Interferenz an der Seifenhaut

8 Reflektions- und Transmissionsamplituden durchlaufen Thaleskreis.

9 Weiß = Transmission Schwarz = Reflektion 3. Teilchencharakter von Licht Für jedes einzelne Photon am Strahlteiler entscheidet der Zufall!

10 Detektion von einzelnen Photonen: Einfach- und Doppelspaltexperiment mit einzelnen Photonen Intensität(x) ~ N p(x) p(x): Auftreffwahrscheinlichkeit am Ort x N:Gesamtanzahl von Photonen

11 Kombination von Wellen- und Teilchencharakter Zwei Methoden, die Intensitätsverteilung am Spalt zu bestimmen. Teilchen Welle

12 Kombination von Wellen- und Teilchencharakter Kombination beider Rechenwege führt zu Wurzelwahrscheinlichkeit, die positiv und negativ sein kann. Teilchen Welle

13 Kombination von Wellen- und Teilchencharakter Wahrscheinlichkeit wird verallgemeinert zu interferenzfähiger, komplexer Wahrscheinlichkeit Teilchen Welle

14 Zusammenhang zu Wellenfunktion ψ aus Schrödingergleichung |ψ| 2 dx = p ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit ψ dx = p ist der Radius des Zeigers eines Photons, dx das kleine Raumelement, das in der hier gezeigten diskretisierten Version endlich ist. N ψ dx = Np ~I ist der Zeiger für N Photonen

15 Quantenmechanisches System kann im Experiment nicht vollständig detektiert werden. 4. Zusammenfassung: Messprozess in der Quantenmechanik VOR der Messung: Superposition von Wellen NACH der Messung: 0 oder 1

16 1.Alle Animationen und Filme werden auf der DVD-ROM Quantendimensionen ab Juli 2010 vom KLETT-Verlag Stuttgart veröffentlicht Referenzen 2. Experimente mit einzelnen Photonen werden unter gezeigt. 3. Bei Interesse an weiteren Informationen stehen wir gerne zur Verfügung (


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