Quantenmechanik

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Das Doppelspaltexperiment

  1. Doppelspalt-Welle
  2. Doppelspalt-Teilchen

Doppelspalt-Welle

Doppelspaltexperiment mit Wellen - Versuchsaufbau
Abbildung 1: Schematische Darstellung des
                           Doppelspaltexperiments.

Abbildung 1: Schematische Darstellung des Doppelspaltexperiments.

Dieses Experiment dient zur Illustration des Phänomens der Interferenz, einer typischen Eigenschaft von Wellen.
Eine Quelle Q erzeugt eine Welle, die auf einen Schirm S trifft. Der Schirm hat zwei dünne Spalte und ist sonst undurchlässig. Die Amplitude der Welle hinter dem Schirm wird mit einem Messgerät D gemessen.
Bei Lichtwellen beschreibt die Amplitude die Intensität (= Helligkeit) des Lichtes. Die Schwingungen des Lichtes sind aber zu schnell, und die Wellenlängen zu kurz, als dass man die Wellenbewegung hinter dem Doppelspalt direkt beobachten könnte. Wenn das Experiment mit Lichtwellen durchgeführt wird, verwendet man als Messgerät oft einen Schirm, den man in einiger Entfernung hinter dem Doppelspalt aufstellt. Auf diesem Schirm kann man dann die Helligkeitsverteilung des auftreffenden Lichtes beobachten. Dort, wo es hell ist, trifft eine Lichtwelle mit großer Amplitude auf, dunkle Zonen sind dort, wo die Lichtwelle kleine oder verschwindende Amplitude hat.
Die Spalte können einzeln geschlossen werden, um die Teilwellen, die durch die einzelnen Spalte treten, getrennt untersuchen zu können.
Ziel des Experiments ist es, die wechselseitige Beeinflussung (=Interferenz) der beiden Teilwellen aus den einzelnen Spalten zu demonstrieren.
Die experimentelle Anordnung soll garantieren, dass die Erregung in beiden Spalten die gleiche Frequenz und die gleiche Phase hat (dh. die Schwingungen in beiden Spalten erfolgen im Gleichtakt).


Beobachtung des Interferenzmusters hinter dem Doppelspalt

Video: Interferenzmuster hinter dem Doppelspalt

Beim Doppelspaltexperiment läßt man eine Welle (zB. Licht einer bestimmten Frequenz) senkrecht auf einen Schirm treffen, der zwei dünne Spalte hat und sonst undurchlässig ist. Die Welle kann also nur an der Stelle der beiden Spalte durch den Schirm hindurchtreten. Hinter dem Schirm ist jeder Spalt ein gut lokalisierter Ausgangspunkt für eine neue Welle. Diese beiden Wellen breiten sich in dasselbe Raumgebiet hinein aus und überlagern sich dort.
Die Schwingungen der Wellengröße im Inneren der Spalte sind der Ursprung der beiden Wellen, deren Überlagerung wir hier studieren. Diese beiden Wellen haben die gleiche Frequenz und die gleiche Phase, denn die Schwingungen in beiden Spalten werden durch ein und dieselbe senkrecht einfallende Welle erzeugt.
Beobachtung: Hinter dem Schirm bildet sich ein Interferenzmuster, bestehend aus Zonen mit großer und Zonen mit kleiner Wellenamplitude.
Der Film zeigt nur den Bereich hinter dem Doppelspalt. Die (von links her) einfallende Welle ist nicht gezeigt, der Schirm ist ganz links im Querschnitt dargestellt. Das sich hinter dem Doppelspalt ausbildende Interferenzmuster ist dem, das bei der Überlagerung zweier Kreiswellen entsteht, sehr ähnlich. Die Auslöschungszonen sind annähernd geradlinige, symmetrisch angeordnete Streifen, die vom Mittelpunkt zwischen den beiden Spalten auszugehen scheinen.

Hinweise für LehrerInnen


Wellenbeugung am Einzelspalt

Um das Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment zu untersuchen, wollen wir die Beiträge der einzelnen Spalte getrennt betrachten. Dazu verwenden wir dieselbe Versuchsanordnung, schließen aber jeweils einen der beiden Spalte. Auf diese Weise werden die einzelnen Teilwellen sichtbar, die im Doppelspaltexperiment zur Überlagerung kommen.
Offenbar ist jeder Spalt Ausgangspunkt einer annähernd halbkreisförmigen Welle. Die Schwingung der Wellengröße im Inneren eines offenen Spaltes bildet ein annähernd punktförmiges Erregungszentrum, von dem aus sich eine Kreiswelle ausbreitet. Die Amplitude dieser Kreiswelle nimmt mit der Entfernung vom Spalt allmählich ab.


Überlagerung der Einzelspaltergebnisse

Video: Interferenzmuster hinter dem Doppelspalt durch Überblendung zweier Bilder. Das Interferenzmuster kommt hier durch die Überlagerung von Grautönen zustande.

In der grafischen Darstellung einer Welle werden die Werte der Wellengröße durch Grautöne beschrieben (dunkel - Wellentäler, hell = Wellenberge). Der Überlagerung zweier Wellen entspricht die Überlagerung der Grauwerte, wie sie zum Beispiel bei der optischen Überblendung der Einzelbilder passiert. Tatsächlich können wir so das Doppelspalt-Interferenzmuster durch Überblendung der Bilder von den Einzelspalt-Wellenfeldern sichtbar machen.
Beim Überblenden werden einfach die Grauwerte der Einzelbilder überlagert. Dabei erhält man an jeder Stelle die Mittelwerte der Grautöne der Einzelbilder. Wenn man den Regler genau in die Mitte stellt, tragen beide Bilder gleichmäßig zur Überlagerung bei. Dann sieht man das Interferenzmuster ganz deutlich. Insbesondere erkennt man deutlich die Linien in einem mittleren Grauton, wo die Wellenberge des einen Bildes (hell) mit den Wellentälern des anderen Bildes (dunkel) zusammenkommen.


Abhängigkeit des Interferenzmusters von der Wellenlänge

Video: Wellenlängen-Abhängigkeit des Doppelspalt-Interferenzmusters. Verschiebe den Regler um die Wellenlänge zu ändern.

Das Interferenzmuster im Doppelspaltexperiment ist von der Wellenlänge abhängig. Je kürzer die Wellenlänge (je größer die Wellenzahl k), desto größer die Anzahl der Linien, entlang denen Auslöschung stattfindet.
Man kann die Neigungswinkel der Linien, entlang denen die Auslöschung stattfindet, berechnen. Man findet, dass die erste Auslöschung bei einem Winkel erfolgt, für den gilt
sin φ = λ / 2d
Dabei ist λ die Wellenlänge, d ist der Abstand zwischen den beiden Spalten. Die Herleitung dieser Formel kann man mit ein wenig Trigonometrie aus der folgenden Grafik ablesen.

Abbildung 2: Von den beiden Erregungszentren gehen kreisförmig
                           Wellenberge (hell) und Wellentäler (dunkel) aus. Befindet man sich in der          
                 angegebenen Richtung in großer Entfernung vom Doppelspalt, dann
                           unterscheidet sich der Abstand von den beiden Erregungszentren gerade um
                           eine halbe Wellenlänge. In dieser Richtung überlagern sich also immer die
                           Wellenberge aus dem einen Spalt mit den Wellentälern aus dem anderen
                           Spalt.

Abbildung 2: Von den beiden Erregungszentren gehen kreisförmig Wellenberge (hell) und Wellentäler (dunkel) aus. Befindet man sich in der angegebenen Richtung in großer Entfernung vom Doppelspalt, dann unterscheidet sich der Abstand von den beiden Erregungszentren gerade um eine halbe Wellenlänge. In dieser Richtung überlagern sich also immer die Wellenberge aus dem einen Spalt mit den Wellentälern aus dem anderen Spalt.

Aus dieser Formel folgern wir, dass der Winkel, unter dem das erste Mal Auslöschung erfolgt, umso kleiner ist, je kleiner die Wellenlänge λ und je größer der Abstand d der beiden Spalte ist.


Doppelspalt-Teilchen

Doppelspaltexperiment mit Teilchenstrahlen - Versuchsaufbau
Abbildung 3: Schematische Darstellung des
                           Doppelspaltexperiments.

Abbildung 3: Schematische Darstellung des Doppelspaltexperiments.

Das Doppelspaltexperiment kann auch mit Teilchenstrahlen durchgeführt werden.
Eine Teilchenquelle Q erzeugt einen Teilchenstrahl , der auf einen Schirm S trifft. Der Schirm hat zwei dünne Spalte und ist sonst undurchlässig. Die Teilchendichte hinter dem Schirm wird mit einem Detektor D gemessen.
Die Spalte können einzeln geschlossen werden, um die Teilstrahlen, die durch die einzelnen Spalte treten, getrennt untersuchen zu können.
Ziel des Experiments ist es, die wechselseitige Beeinflussung (=Interferenz) der beiden Teilstrahlen aus den einzelnen Spalten zu untersuchen.


Klassische Teilchenstreuung am Doppelspalt

Video: Vorstellung der klassischen Physik: Ein Schwall von Teilchen trifft auf den Doppelspalt. Alle Teilchen bewegen sich unabhängig voneinander (es erfolgen keine Zusammenstöße). Die Bewegung eines jeden Teilchens ist im Prinzip individuell verfolgbar. Von jedem Teilchen hinter dem Schirm steht fest, durch welchen Spalt es gekommen ist.

Hier sehen wir die klassische (nur für makroskopische Teilchen richtige) Vorstellung vom Doppelspaltexperiment mit Teilchen. Eine Teilchenkanone feuert einen Schwall von Teilchen auf die Wand mit dem Doppelspalt. Einige der Teilchen treffen durch die Löcher und werden durch die Wechselwirkung mit den engen Spalten mehr oder wenig stark abgelenkt. Im Film ist eine ziemlich starke Ablenkung gezeigt (verursacht durch eine Art "elektrostatische" Abstoßung der Teilchen durch die Spaltwände).
Ziel des Experiments ist die Messung der räumlichen Verteilung der Teilchen im Bereich hinter dem Doppelspalt. Man zählt einfach, wieviele Teilchen pro Zeiteinheit in bestimmte Richtungen davonfliegen.
Charakteristisch für die klassisch-physikalische Vorstellung ist, dass die Bewegung eines jeden einzelnen Teilchens entlang einer eindeutigen Bahnkurve erfolgt. Daher steht es bei jedem am Schluss gefundenen Teilchen eindeutig fest, durch welchen der beiden Spalte es gekommen ist - auch wenn dies dem Experimentator aus praktischen Gründen eventuell nicht bekannt ist. (In der Praxis sieht man individuelle Teilchenbewegungen bei makroskopische Teilchen, deren Bewegung man filmen kann).
Natürlich kann die Teilchenbewegung durch eine Wechselwirkung der Teilchen untereinander beeinflusst werden. Teilchen aus dem einen Spalt könnten mit Teilchen aus dem anderen Spalt zusammenprallen. Wir wollen aber annehmen, dass diese Ereignisse nur extrem selten auftreten. Das ist der Fall für realistische Teilchenstrahlen, in denen die Teilchen extrem klein und daher im Vergleich zu ihrer Größe sehr weit voneinander entfernt sind.
Man kann sich auch vorstellen, dass die Kanone die Teilchen nacheinander abfeuert und sich die Teilchen daher nie selbst behindern können. Die Bewegung der Teilchen ist garantiert voneinander unabhängig wenn wir sie einzeln und nacheinander losschicken.
Wenn das Experiment unter der Bedingung stattfindet, dass die Bewegung eines jeden Teilchen unbehindert durch die anderen erfolgt, erscheint das folgende Resultat unausweichlich:

Beobachtung für klassische (makroskopische) Teilchen

Die Anzahl von Teilchen, die man in irgendeinem Bereich hinter dem Doppelspalt findet, ist
die Anzahl der Teilchen, die durch den einen Spalt dorthin gekommen sind
plus
die Anzahl der Teilchen, die durch den anderen Spalt dorthin gekommen sind.
Anders gesagt:
Die Teilchendichte hinter dem Doppelspalt ist
die Teilchendichte die man findet, wenn ein Spalt geschlossen ist
plus
die Teilchendichte, die man findet, wenn der andere Spalt geschlossen ist.


Teilchendichte hinter einem einzelnen Spalt

Wir schicken einen Strahl von kleinen Teilchen auf den Schirm mit dem Doppelspalt. Diejenigen Teilchen, die durch die engen Spalten hindurchtreffen, werden in alle Richtungen verstreut.
Wir zeigen zunächst die Teilchendichte hinter dem Schirm, wenn jeweils einer der Spalte geschlossen ist.

Abbildung 4

Abbildung 4

Abbildung 5

Abbildung 5

Wir sehen, dass hinter dem Schirm die Teilchen annähernd gleichmäßig in alle Richtungen verstreut werden. Die Teilchendichte ist im Spalt maximal und nimmt danach in alle Richtungen ab, da sich die vorhandenen Teilchen auf ein größeres Raumgebiet verteilen.
Was passiert, wenn beide Spalten geöffnet sind?


Klassische Erwartung für das Doppelspaltexperiment mit Teilchen
Abbildung 6: Teilchendichte im Doppelspaltexperiment gemäß den
                           Erwartungen der klassischen Physik: Die Teilchendichten aus den
                           Experimenten, bei denen nur jeweils ein Spalt offen ist, sollten sich
                           einfach addieren.

Abbildung 6: Teilchendichte im Doppelspaltexperiment gemäß den Erwartungen der klassischen Physik: Die Teilchendichten aus den Experimenten, bei denen nur jeweils ein Spalt offen ist, sollten sich einfach addieren.

Wir lassen einen Teilchenstrahl auf den Doppelspalt fallen. Der Strahlquerschnitt muss größer sein als der Abstand der Spalte. Diejenigen Teilchen, die durch den Doppelspalt hindurchtreten, werden in verschiedene Richtungen gestreut. Welche Verteilung der Teilchendichte erwarten wir hinter dem Doppelspalt?
Das Bild oben zeigt die Erwartung der klassischen Physik: Die Teilchendichten aus den Einzelspaltexperimenten sollten sich einfach zur Teilchendichte im Doppelspaltexperiment addieren.


Doppelspaltexperiment mit Teilchenstrahlen - Experimentelles Ergebnis

Bei Durchführung des Doppelspaltexperiments mit einem Strahl aus Elementarteilchen (zB Elektronen) ergibt sich, im Gegensatz zur klassischen Erwartung, für die Teilchendichte das folgende Resultat:

Abbildung 7: Experimentelles Resultat für die Teilchendichte im
                           Doppelspaltexperiment.

Abbildung 7: Experimentelles Resultat für die Teilchendichte im Doppelspaltexperiment.

In manchen Richtungen findet man eine hohe Teilchendichte, in anderen Richtungen (dunkle Zonen), ist die Teilchendichte aber sehr gering oder Null.
Die Verteilung der Teilchendichte zeigt ein "Interferenzmuster". Dieses ist ähnlich wie die Verteilung der Wellenamplituden im Doppelspaltexperiment mit Wellen. Der wesentliche Unterschied ist: In den Einzelspalt-Teilchendichten ist keinerlei Wellenstruktur erkennbar, im Interferenzmuster gibt es zwar Zonen mit Auslöschung und Verstärkung, in den Zonen mit Verstärkung gibt es aber wieder keinerlei Wellenmuster in Ausbreitungsrichtung.


Doppelspaltexperiment mit Teilchen - Impulsabhängigkeit

Video: Animation: Die Abhängigkeit des Interferenzmusters vom Impuls der Teilchen (Impuls = Masse mal Geschwindigkeit). Verwende den Regler, um den Impuls zu verändern. Kleine Impulse: Regler ganz links. Große Impulse: Regler ganz rechts.

Das Interferenzmuster in der Teilchendichte ist abhängig vom Impuls der Teilchen. Je höher der Impuls, desto höher die Anzahl der Interferenzstreifen und desto feiner wird das Interferenzmuster.

Bemerkung

Wir nehmen an, dass im Teilchenstrahl, der auf den Doppelspalt gelenkt wird, alle Teilchen denselben Impuls haben. Wenn wir weiters annehmen, dass die Teilchen durch den Doppelspalt elastisch gestreut werden, wird nur die Richtung der Bewegung verändert, nicht aber der Betrag der Geschwindigkeit. Dann haben die Teilchen hinter dem Schirm den gleichen Betrag des Impulses, wie die Teilchen im einfallenden Teilchenstrahl.

Wir beobachten folgendes: Beim Experiment mit Teilchen hängt das Interferenzmuster vom Impuls ab. Je größer der Impuls, desto näher rücken die Auslöschungszonen aneinander.
Hier ist es nützlich, sich wieder zu vergegenwärtigen, wie beim Doppelspaltexperiment mit Wellen die Lage der Auslöschungszonen von der Wellenlänge abhängt. Die Resultate sind sehr ähnlich.
Analog wie beim Experiment mit Wellen hängt auch in diesem Fall das Interferenzmuster von der Distanz d zwischen den beiden Spalten ab.
Da sich die Position der Auslöschungsstreifen experimentell bestimmen lässt, kann man den genauen Zusammenhang zwischen dem Winkel φ, unter dem der erste Auslöschungsstreifen erscheint, der Distanz d zwischen den Spalten und dem Impuls p der Teilchen durch Messung bestimmen. Man erhält:
sin φ = const. / p d
Es liegt nahe, dieses Resultat mit dem gerechneten Ergebnis für Wellen zu vergleichen:
sin φ = λ / 2d = π / k*d
Dabei haben wir noch die Wellenlänge λ durch die Wellenzahl k ausgedrückt: λ = 2π / k.
Der Impuls spielt für das Interferenzmuster der Teilchendichte eine analoge Rolle wie die Wellenzahl k bei der Wellen-Interferenz.


Große Impulse: Der Übergang zur klassischen Physik
Abbildung 8: Teilchendichte nach der klassischen Physik

Abbildung 8: Teilchendichte nach der klassischen Physik

Abbildung 9: Quantenmechanische Interferenz bei großem Impuls

Abbildung 9: Quantenmechanische Interferenz bei großem Impuls

Das Interferenzmuster wird umso feiner, je größer der Betrag des Impulses der beteiligten Teilchen ist. Ein extrem feines Interferenzmuster ist aber nicht messbar, da die Detektoren eine gewisse Messöffnung haben, über die die Teilchendichte gemittelt wird. Ein klar nachweisbares Interferenzmuster gibt es also nur bei Teilchenstrahlen deren Teilchen einen extrem geringen Impuls haben - also insbesondere bei extrem leichten und langsamen Teilchen (niederenergetischen Elementarteilchen).
Bei jedem makroskopisch sichtbaren Teilchen ist der Impuls viel zu groß. Etwaige Interferenzmuster sind daher viel zu klein, um nachweisbar zu sein. Die Teilchendichte ist dann nicht unterscheidbar von der klassischen Teilchendichte.
Die Abbildungen illustrieren diesen Sachverhalt. Abbildung 1 zeigt wieder die "klassische Teilchendichte", die durch einfache Addition der Teilchendichten aus den Einzelspaltexperimenten erhalten wurde. Abbildung 2 zeigt die quantenmechanische Teilchendichte für einen Teilchenstrahl mit relativ hohem Impuls. Das Interferenzmuster nähert sich bereits dem klassischen Bild und in der Nähe der Öffnungen sind bei dieser Bildauflösung keine Interferenzstreifen mehr erkennbar. Erst in großer Entfernung vom Doppelspalt werden die Interferenzstreifen wieder deutlicher. In großer Entfernung wird es aber wegen unvermeidlicher Störungen von außen auch immer schwieriger, das Interferenzmuster zu beobachten.
Der Impuls makroskopisch sichtbarer Teilchen ist nochmals um viele Zehnerpotenzen größer. Die hier besprochenen Effekte sind also mit Teilchen, die unseren Sinnen direkt zugänglich sind, nicht feststellbar.


Diskussion des Doppelspalt-Experiments für Teilchen
Zusammenfassung des Doppelspalt-Experiments

Beim Doppelspalt-Experiment mit Teilchen wird ein Teilchenstrahl auf eine Wand mit zwei Spalten gerichtet. Wenn die einzelnen Spalte sehr eng sind, entstehen hinter der Wand zwei weit aufgefächerte, sich überlappende Teil-Strahlen. Im Überlappungsbereich zeigt die Teilchendichte ein Interferenzmuster ähnlich dem, das bei Wellen auftritt, obwohl die Einzelstrahlen keine beobachtbare Wellenstruktur zeigen.

Beobachtung 1: Die Interferenz beruht nicht auf Kräften zwischen den Teilchen.

Die Teilchenstrahlen wurden als dünn besetzt angenommen. In dünn besetzten Strahlen bewegt sich jedes Teilchen im Wesentlichen so, als ob es ganz alleine wäre. Das Ergebnis des Experiments hängt dann nicht mehr von der Teilchendichte im Strahl ab. Wir schließen also eine mögliche Wechselwirkung der Teilchen untereinander als Ursache des Interferenzphänomens aus.

Hinweis

Das Interferenzmuster kommt nicht durch Wechselwirkung der Teilchen im Strahl zustande.

Das Interferenzmuster tritt auch dann auf, wenn die Teilchen einzeln losgeschickt werden. Im nächsten Abschnitt verfolgen wir diesen Gedanken etwas genauer.

Beobachtung 2: Das Interferenzmuster entsteht als Summe von Einzelereignissen

Wir schicken nun einzelne Teilchen gegen die Wand mit dem Doppelspalt. Für jedes Teilchen werden alle Einzelheiten des Experiments exakt wiederholt, sodass jedes Teilchen unter den exakt gleichen Bedingungen losgeschickt wird.
Hinter dem Schirm werden diejenigen Teilchen, die den Doppelspalt passiert haben, einzeln registriert.
Das erste Teilchen wird an einer bestimmten Stelle gefunden...
Das zweite Teilchen wird an irgendeiner anderen Stelle registriert...
Wenn man aber genügend viele solche Einzelteilchenexperimente durchführt, sieht man in der zufälligen Verteilung der gefundenen Orte wieder das Interferenzmuster.

Hinweis

Das Interferenzmuster entsteht durch Aufsummieren von Einzelteilchenereignissen. Interferenz ist ein Einzelteilchenphänomen.

Extrem dünn besetzte Teilchenstrahlen können experimentell tatsächlich realisiert werden. Dabei ist ein Teilchen de facto schon im Detektor verschwunden, bevor das nächste von der Teilchenquelle losgeschickt wird. Zu jeder Zeit ist mit hoher Wahrscheinlichkeit nur ein einziges Teilchen unterwegs.
Zur Beobachtung von Interferenzmustern in dieser Situation muss man nur genügend lange warten und die hinter den Schirm gelangenden Teilchen über längere Zeit hinweg registrieren. In manchen Regionen findet man dabei häufiger ein Teilchen als in anderen, an gewissen Stellen wird sogar niemals ein Teilchen eintreffen (nämlich an jenen, die durch Interferenz "verboten" sind). Symbolisiert man die Anzahl der insgesamt an jeder Stelle gefundenen Teilchen durch einen Grauton, erhält man wieder das Interferenzmuster.
In der modernen Quantenmechanik steht man daher auf dem Standpunkt, dass das Interferenzmuster eine Eigenschaft der Bewegung eines einzelnen Teilchens ist.

Beobachtung 3: Die genaue Bewegung eines einzelnen Teilchens ist unbeobachtbar.

In der klassischen Physik legen die Anfangsbedingungen die Bewegung eines Teilchens beliebig genau fest. Wenn wir jedes Teilchen also ganz genau so losschicken, wie das vorherige, sollte es sich dann nicht entlang derselben Flugbahn bewegen, durch denselben Spalt gehen, und schließlich auch am selben Ort registriert werden?
In der modernen Physik ist man zum Schluss gekommen, dass es offenbar prinzipiell nicht möglich ist, den Anfangszustand so genau festzulegen. Egal, wie genau man die Bedingungen des Experiments reproduziert, es bleibt unbestimmt, wo genau die Teilchen am Schluss ankommen. Trotz identischer Behandlung der einzelnen Teilchen bleibt die spätere Ortsmessung ein Experiment mit einem zufälligen Ausgang.
Mehr noch: Wenn wir ein Teilchen registrieren, können wir nicht sagen, durch welchen der beiden Spalte es gegangen ist. Bei Elementarteilchen ist es auch nicht möglich, sie schon während des Flugs zu verfolgen. Um sie zu filmen, müsste man sie nämlich mit Licht beleuchten, was ihre Bewegungsrichtung verändern und das Interferenzmuster zerstören würde.
Zahlreiche Experimente haben gezeigt, dass mit Teilchen, von denen feststeht, durch welchen Spalt sie jeweils gegangen sind, kein Interferenzmuster mehr zustande kommt. Deren Ortsverteilung ist dann genauso, als wären sie durch einen Einzelspalt gekommen. Interferenz tritt dann auf, wenn das Teilchen mehrere Möglichkeiten hat, ans Ziel zu gelangen. Im Doppelspaltexperiment kommt das Interferenzmuster nur dann zustande, wenn dem Teilchen beide Spalte offenstehen.

Hinweis

Wir können über den Weg eines einzelnen Teilchens nichts aussagen! Die Teilchenorte sind zufällig verteilt. Interferenz kommt nur dann zustande, wenn beide Spalte offen sind und es bei jedem Teilchen unbestimmt ist, durch welchen Spalt es gekommen ist.

Diese Feststellung, dass in gewissen Situationen Orte und Wege von Teilchen prinzipiell unbestimmt sind, scheidet die Quantenphysik von der klassischen Physik.

Beobachtung 4: Interferenz tritt (im Prinzip) bei allen Objekten auf.

Egal, ob die Teilchen Photonen, Elektronen, oder größere Teilchen sind, im Prinzip zeigen Sie bei einem Doppelspaltexperiment Interferenz. Vor nicht langer Zeit hat man das Doppelspaltexperiment sogar mit extrem großen Molekülen durchgeführt und das Interferenzmuster nachgewiesen (mit "Buckminster-Fullerenen", das sind C60-Moleküle, die aus 60 Kohlenstoffatomen bestehen, die in der Form eines "Fußballs" angeordnet sind).
Kein Interferenzmuster tritt auf, wenn durch die Wechselwirkung mit der Umgebung feststeht, auf welchem Weg die Teilchen ans Ziel gelangen (zum Beispiel, weil sie so groß sind, dass man sie bei Licht sehen kann). In dieser Situation gilt wieder die klassische Physik.