Warum erzeugen Zylinderwellen ein Interferenzmuster (und Kugeln nicht)?

Es ist sehr einfach zu zeigen, dass Kugelwellen interferieren . Sie können das Experiment zu Hause selbst durchführen, indem Sie einen Laserpointer und zwei eng beieinander liegende, sehr kleine Nadellöcher in einer Aluminiumfolie in einem dunklen Raum verwenden. Zylinderwellen stören ebenfalls. Eine Kugelwelle interferiert auch mit einer Zylinderwelle. Wichtig ist nur, dass die beiden Wellen zueinander kohärent sein müssen: Sie müssen die gleiche Wellenlänge und eine feste Phasenbeziehung haben, um ein stationäres Interferenzmuster zu bilden.

Es scheint, dass die Kugelwelle nicht die Ursache für den Interferenzverlust ist. Stattdessen zerstört die inelastische Streuung die Interferenz und erzeugt eine Kugelwelle.

Berufung$z$die Dimension entlang des Schlitzes: und ein elastisches Streuereignis bedeutet, dass wir nicht wissen, wo die Wechselwirkung stattgefunden hat. Tatsächlich gibt es eine Amplitude, die bei jeder auftreten kann$z$, also fügen Sie diese Amplituden kohärent hinzu. Das bedeutet, dass die Sekundärwelle vom gesamten Schlitz abgestrahlt wird und die übertragene Welle zylindrisch ist (die Fourier-Transformation [FT] des Schlitzes). Da es kohärent bleibt, wird ein Interferenzmuster erzeugt. (Ich vermute, dass es eine Phasenverschiebung gibt, die den Peak nach links / rechts verschiebt, da dies auftritt, wenn Sie ein Stück Glas vor 1 Schlitz halten, während Sie Laserlicht verwenden. Ausbreitung von Licht durch ein Material mit einem Brechungsindex größer als eins ist wie elastische Vorwärtsstreuung).

Zur inelastischen Streuung: Hier tritt das Ereignis an einem einzelnen Atom auf. Das lokalisiert die Ausbreitung fest$z = z_{atom}$. Daher ist die sekundäre Wellenform die FT eines Punktes, der eine sphärische Welle ist. Da die Wechselwirkung die Kohärenz zerstört: Es gibt kein Interferenzmuster.

Sie interpretieren die Aussage aus dem Zusammenhang gerissen.

Im Kontext:

Wie die Physiker erklärten, wird ein inelastisch gestreutes Elektron am abgedeckten Spalt lokalisiert und verhält sich nach Durchgang durch den Spalt wie eine Kugelwelle. Im Gegensatz dazu ist es wahrscheinlicher, dass ein Elektron, das durch den ungefilterten Schlitz geht, einer elastischen Streuung unterliegt und nach dem Durchgang durch diesen Schlitz wie eine zylindrische Welle wirkt. Die Kugelwelle und die Zylinderwelle haben keine Phasenkorrelation, und selbst wenn ein Elektron beide Schlitze passiert, können die beiden unterschiedlichen Wellen, die herauskommen, kein Interferenzmuster an der Wand dahinter erzeugen.

Um ein Gefühl für Kohärenz zu bekommen, schauen Sie sich diesen Link an . Es spricht von Licht, aber die Mathematik ist die gleiche für kohärente Elektronenstrahlen.

Es ist offensichtlich, dass die Punktquellen nach inelastischer Streuung für jedes Elektron zwischen zwei verschiedenen Elektronen inkohärent sind, da die Phasenbeziehung durch die inelastische Streuung verloren geht. Das Elektron, das nur elastisch streut, behält eine Phasenbeziehung zu dem Strahl und den anderen Elektronen, die nacheinander kommen, obwohl eines nach dem anderen, durch die Konstruktion des Strahls.

Interferenzmuster treten nur auf, wenn zwischen den Partikeln eine Phase besteht.

(Übrigens ist es nur die Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Elektron, die für beide Spalte existieren kann.)

Für Doppelspaltexperimente wird in der klassisch/historischen Erklärung für Beobachtungen der Begriff Interferenz verwendet. Nach heutigem Verständnis hat jedes Photon oder Elektron eine Wellenfunktion, um seine Ausbreitung zu beschreiben. Als einzelnes Ereignis bewegt sich eine Welle/ein Teilchen auf die Schlitze zu und wählt eines basierend auf der Wahrscheinlichkeit aus, die Wahrscheinlichkeit basiert auf dem variierenden EM-Feld der Welle/des Partikels, das mit dem variierenden EM-Feld des Schlitzes wirkt (viele Elektronen bewegen sich im Schlitzmaterial), das Variieren bewirkt die Zufälligkeit, welcher Schlitz gewählt wird. Die Wellenausbreitungsfunktion verursacht auch das sichtbare Streifenmuster, es ist eine Lösung der Wellengleichungen mit den EM-Eigenschaften und Abmessungen des Schlitzes.

Ich würde sagen, dass die Wahl der Terminologie von zylindrischen und sphärischen Wellen einfach ein Teilchen bedeutet, das normal mit dem langen rechteckigen Schlitz (zylindrisch) interagiert hat, im Gegensatz zu dem zurückgestrahlten sphärischen.

Der Begriff „Interferenz“ kann nicht erklären, was bei einem Doppelspaltexperiment passiert und führt zu vielen Diskussionen, er ist überholt.