In der Schule lerne ich etwas über das Doppelspaltexperiment und seine Auswirkungen auf die Quantenmechanik. Ich habe mich gefragt, ob das Doppelspaltexperiment mit vielen verschiedenen Spalten und Schirmen möglich ist. Wenn es zum Beispiel 5 Sätze von Schlitzen gäbe, würde Licht durch den ersten Satz von Schlitzen gehen und in einen zweiten Satz von Schlitzen eintreten, der um 45 ° (oder einen beliebigen Winkel) zum ersten abgewinkelt wäre. Wenn dieser Vorgang insgesamt fünfmal wiederholt wird, werden auf dem letzten Bildschirm immer noch einige Interferenzeffekte beobachtet.
Ein Doppelspalt ist normalerweise in erster Näherung (mit der Sie es wahrscheinlich in der Schule zu tun haben) nur ein Paar Punktquellen, die eine Entfernung haben auseinander. Sicher, jeder der Schlitze hat technisch gesehen eine Breite , aber es sei denn, Sie betrachten die Doppelspaltbeugung und nicht die einfachere Doppelschlitz- Interferenz , die Größe der einzelnen Schlitze ist Ihnen egal.
Nun besagt das Huygens-Fresnel-Prinzip, dass beim Doppelspaltexperiment beide Spalte als Punktquellen wirken, die Kugelwellen aussenden, die überall auf der anderen Seite des Spaltschirms interferieren. Der Erkennungsbildschirm ist nur dazu da, eine einfache geometrische Berechnung des Musters entlang dieses bestimmten Bildschirms zu ermöglichen.
Wenn Sie eine zweite Spaltblende hinter die erste setzen, möglicherweise in einem Winkel angewinkelt, egal welche Art von Interferenzmuster entlang dieser zweiten Spaltblende auftreten könnte, die Spalte sind immer noch punktförmig und die sekundären (und alle folgenden danach ) Interferenzmuster mehr oder weniger das gleiche wie das erste, abgesehen von Intensitätsverlusten.
In der Näherung erster Ordnung, die in der Schule und im Optik-Einführungsunterricht verwendet wird, sieht das Interferenzmuster also nicht anders aus.
Wenn Sie nun Ihre Berechnungen erweitern, um die Beugung jedes der Schlitze zu berücksichtigen, die den Doppelspalt bilden, ihre Breite ins Spiel kommt und da das Huygens-Fresnel-Prinzip immer noch besagt, dass jeder Punkt im Spalt eine Kugelwelle aussendet, müssen Sie die Intensitätsschwankungen berücksichtigen, die der erste Bildschirm auf den nachfolgenden verursacht.
Interferenz und Beugung sind mehr oder weniger dasselbe in dem Sinne, dass beide mit dem Huygens-Fresnel-Prinzip gut erklärt werden. Normalerweise beschäftigt man sich in der Schule nur mit Doppelspaltinterferenzen, aber man kann natürlich fragen, was mit den Einzelspalteigenschaften der einzelnen Spalte passiert und wie sie sich auf das Gesamtinterferenzbild auswirken. Das läuft unter dem Namen Doppelspaltbeugung, siehe zB in diesen tollen MIT-Notizen
Der gebräuchlichste Weg, um die Lösung für diese Art von Problem zu finden, ist die Verwendung der Wellenfunktion.
Das funktioniert so: Bevor das Teilchen beobachtet wird (die Beobachtung ist in diesem Fall das Auftreffen des Teilchens auf dem Bildschirm), wird seine Bewegung durch eine Welle beschrieben.
Die Welle hat eine durch Shrödingers Gleichung beschriebene "wellige" Dynamik, die im Prinzip in jeder Situation vollständig gelöst werden kann. Die Welle durchläuft jede Art von Experiment, das Sie mögen, vielleicht viele Schlitze, wie Sie sagten, und dann, wenn wir das Teilchen "beobachten" wollen, lassen wir die Welle auf einen Bildschirm treffen.
Schließlich gibt uns die Amplitude der Welle am Bildschirm die Wahrscheinlichkeit, dass das Teilchen jeden Teil des Bildschirms trifft.
Das Problem dabei ist, zu bestimmen, wie die Wellenfunktion Ihr Experiment durchläuft. Aber ein Interferenzmuster wird immer noch auf irgendeine Weise passieren.
Vielleicht, wenn Sie eine komplizierte Reihe von Schlitzen haben, mit Winkeln dazwischen und so weiter ... das endgültige Muster wird nicht einfach oder "schön" zu sehen sein ... wie Sie es von einem Experiment erwarten würden, das mit Wasserwellen gemacht wurde, z Beispiel, wo sie durch viele Sätze von Schlitzen gehen.
Lambda