Das Doppelspaltmysterium

Ersterscheinung 27.01.2008

Da gibt es ein `Wunder´: Wellen und Teilchen scheinen sich gegeneinander umwandeln zu können. Das gleiche `Ding´ erscheint als Welle oder Teilchen, je nachdem, wie man es dedektiert. Benutzt man ein Meßgerät, das auf Wellen sensibel ist, erscheint das `Ding´ als Welle, benutzt man ein Gerät, das auf Teilchen sensibel ist, erscheint das `Ding´ als Teilchen. Dieses Verhalten wird mit `Welle-Teilchen-Dualismus´ betitelt. Der Begriff täuscht Wissen vor, jedoch, Namen für Unwissen zu vergeben, macht daraus noch kein Wissen. Auch hier: man weiß noch nicht einmal, ob der genannte Vorgang überhaupt ein `Wechsel´geschehen ist und, man weiß auch noch nicht, ob das `Ding´ nun eine Welle ist, die sich nur auch mal in ein Teilchen wandelt oder umgekehrt!

Das Verhalten von Photonen- wie Elektronen im Doppelspaltexperiment wird wissenschaftlich als unverstehbar eingestuft. Trotzdem sind die Vorgänge, da reproduzierbar, berechenbar. Nur mathematisch berechenbares stellt jedoch nur Technik dar. Physik ist definitiv, die Natur zu verstehen, damit erklären zu können. Kann das nicht mehr gelingen, kann die Menschheit das Buch der Physik schließen. Aus für Technik gewonnenen Formeln, die prinzipiell nur die Erscheinungen, also das äußere Bild von Naturvorgängen beschreiben, kann der diese Erscheinungen verursachende Funktionismus der Natur grundsätzlich nicht gewonnen werden. Die Natur funktioniert nicht nach Formeln, sondern nach Grundsätzen, das sind Ursache-Wirk-Prinzipien, also muß in diesem Sinn gedacht werden. Auch hier, deim Doppelpaltphänomen, muß es verständliche und richtige Vorstellungen als gültige Erklärungen geben. Lassen wir uns also nicht abschrecken und untersuchen die Geschehnisse ohne Voreingenommenheit und mit klarem Verstand.

Wie sieht das physikalische Problem aus?
Das `Wechsel´geschehen zeigt sich bei Lichtphotonen und auch bei Elementarteilchen wie z. B. Elektronen. Ein ausreichend breiter Licht- oder Elekronenstrahl wird auf eine Sperrwand, die nahe nebeneinander zwei Schlitze besitzt, gerichtet. Licht- wie Elektronenstrahl haben geringe Intensität, um einzelne durch die Schlitze hindurchtretende Ereignisse zählen zu können. In sinnvollem Abstand hinter der Sperrwand wird die Anzahl der Photonen bzw. Elekronen gemessen.
Zunächst wird durch Abdeckung des jeweils anderen mit nur einem geöffneten Schlitz gemessen. Hinter der Schlitzwand wird aber nicht nur in `Ziel´richtung im Punkt von Strahlquelle und Schlitz gemessen, sondern auch an allen Orten seitlich davon. Es zeigt sich, daß Photonen oder Elektronen auch seitlich von jedem Schlitz im Meßgerät `einschlagen´. Je weiter weg vom Schlitz geschieht das natürlich immer weniger bis gar nicht mehr. Selbst dieses ist schon sehr verwunderlich, wenn man für Photonen wie Elektronen Teilchen unterstellt. Die Häufigkeit der `Einschläge´ an den Meßpunkten hinter der Schlitzwand wird graphisch aufgezeichnet. Es entstehen für die Schlitze die folgend prinziphaft dargestellten Häufigkeitskurven:

Werden die Zahlen der `Einschläge´ an den einzelnen Meßpunkten aus Schlitz eins und Schlitz zwei addiert, so stellt das das Meßergebnis dar, das man erwartet, wenn beide Schlitze geöffnet sind:

Werden sie dann aber tatsächlich geöffnet, so zeigt sich das `Wunder´:

Insbesondere an den Meßpunkten zwischen den beiden Schlitzen werden Trefferhäufigkeiten ermittelt, die von Null bis zu Maximalwerten schwanken. Zu den äußeren Seiten hin tritt wie bei der Einzelschlitzmessung, nun aber wellenförmig, eine gleiche Abnahme der Trefferhäufigkeit ein. Was ist da los?

Bei der Suche nach Ähnlichem in der Natur stößt man auf sehr wohl bekanntes und von jedem nachvollziehbares. Eine Sperrwand in einem Wasserbecken habe zwei senkrechte Schlitze. Werden auf einer Seite Wellen erzeugt, so dringen diese durch die Schlitze auch auf die anderer Seite. Von jedem Schlitz ausgehend bilden sich von ihm auslaufende halbkreisförmige Wellen. Diese durchdringen sich dann gegenseitig mit dem Ergebnis, daß dort, wo örtlich Wellenberg auf Wellenberg stößt, eine doppelt so hoher Wellenberg resultiert und dort, wo Wellenberg auf Wellental stößt, sich beides zu Null auswirkt. An einer zur Sperrwand parallelen Meß-Linie (keine die Wellen störende Einrichtung!) zeigt sich, daß zwischen den Schlitzen ortsfeste Wellenkämme von doppelter Wellenhöhe und ortsfeste Ruhepunkte mit unverändertem Wasserstand bestehen. Nach außen von beiden Schlitzen weg ergibt sich an der Meßlinie eine starke Verminderung der Wellenberge und Täler.
Die Wellenstände an der Wasserwellen-Meßlinie zeigen nun identischen Verlauf wie die Trefferhäufigkeiten an den Meßpunkten der Meßlinie hinter dem Doppelspalt für Photonen bzw. Elektronen. Wie hilft das zur Erklärung der Trefferschwankungen bei Photonen- bzw. Elektronenstrahlung?

Zunächst ist der Vergleich zwischen Wasserwellen und dem Verhalten von Photonen- bzw. Elektronenstrahlung zu analysieren. Beide Experimente unterscheiden sich wesentlich. Wasserwellen sind zweidimensional, Photonen- wie Elektronenwellen dreidimensional. Weiter werden Zählereignisse eintreffender Photonen- bzw. Elektronenwellenwirkungen auf Zählapparaturen mit Wellenhöhen verglichen. Es läßt sich also nicht sagen, das eine sei so wie das andere, physikalisch hinkt der Vergleich in allerhöchstem Maße.
Aber: er dient sehr wohl zur Geistesstimulation, um für die Photonen- bzw. Elektronenstrahlung für sich allein zu richtigen Interpretationen zu kommen. Gehen wir es damit an.

1. Wenn Photon- wie Elektronstrahlung Teilchen wären, so dürften beim Durchgang durch nur ein Loch Einschläge im Meßgerät hinter der Spaltwand nur direkt in Ziellinie hinter dem Spalt stattfinden. Die Versuche bestätigen aber in allen Fällen, daß auch seitlich davon Treffer auf die Sensoren stattfinden. Das entspricht dem, was bei Licht allgemein mit Beugung an Kanten beschrieben ist: hervorgerufen durch einen Wellenstatus von Lichtstrahlen. Gerade das ist ja der Beweis dafür, daß sich auch Elektronen als Wellen duch die Spalte bewegen.
2. Fließt Licht durch zwei benachbarte Spalte wie beim beschriebenen Doppelspaltexperiment, so führen die Beugungen an den Kanten jedes Schlitzes dazu, daß das Licht wie zuvor beschrieben von den Kanten nach beiden Seiten zur Seite streut. Die Wellen aus der Streuung von der Kante eines Schlitzes in Richtung zum anderen trifft dann auf die des anderen. Das wird dadurch bewußt provoziert, daß der Abstand der Schlitze nur wenige Wellenlängen der Strahlung ausmacht. Die Überlagerung der Kantenwellen von Schlitz eins und zwei wird mit Interferenz bezeichet: die Wellen des einen Schlitzes werden von denen des anderen beeinflußt. Interferenz versteht sich als gegenseitige Beeinflussung. Auch dabei muß es nach allen Vorstellungen über Wellen ortsfeste Verstärkungen bzw. Auslöschungen von Wellenamplituden geben und der Vorgang läuft auch bei Elektronen so ab.
3. Wenn in einem Dedektor eine Wirkung entstehen soll, so kann das nur an Stellen geschehen, an denen auch eine Wellenbewegung vorliegt, das diese Wellen hervorgerufene Photon oder Elektron damit auch `präsent´ ist. An Stellen, an denen sich durch Interferenz die Amplituten der von den Schlitzen kommenden Wellen gegenseitig aufheben, kann also keine Reaktion in einem Dedektor entstehen.

Was resultiert aus diesen drei Punkten?
Daß es hinter zwei offenen Löchern wellenartige Trefferhäufigkeiten geben muß, ist zu erwarten und, es ist ja auch so. Das Wunder ist also kein Wunder, sondern eine Selbstverständlichkeit. Was ergibt sich physikalisch?

Photonen wie Elektronen bewegen sich durch Schlitze/Löcher im Wellenstatus

Damit ist physikalisch das Doppelspaltexperiment an sich abschließend erklärt. Aber, es gibt `Zusatzfragen´ und `Zusatzbedingungen´.

Die Wirkung eines Photons wie Elektrons in einem Dedektor wird allgemein als die eines Teilchens betrachtet. Der Teilchenstatus von Photon wie Elektron, der immer wieder auch beim Schlitzdurchtritt unterstellt wird, bedarf dann der Antwort, durch welches der beiden Spalte ein Photon wie Elektron denn nun gekommen sei. Diese Frage hat sich für das Verständnis des Doppelspaltexperimentes zur allein selig machenden Gretchenfage entwickelt. Unterstützt von der Bedingung, daß in der Natur alles vorausbestimmbar sein müße. Zum letzteren ist zu sagen, daß es vielfachste Geschehnisse gibt, bei denen das auch nicht erfüllbar ist, ohne, daß dabei gleich die Physik als rätselhaft dargestellt werden muß. Wird Sand auf einen Tisch fallen gelassen, so ist auch nicht bestimmbar, wo ein einzelnes Körnchen zum liegen kommt.
Wenn in einem Dedektor eine örtliche Wirkung geschieht, so muß sich die Energie, beim Photon ja die kleinst mögliche Energieeinheit, die in der Welle zuvor steckte, an eben diesem Ort konzentrieren. Ob dieses örtliche `Wellenkonzentrat´ nun aber ein Teilchen geworden ist, ist eine Frage, die unabhängig und für sich allein geklärt werden muß. Wann und wo eine Welle zu örtlicher Wirkung schrumpft, ist selbstverständlich von der Natur bestimmt und heraus zu finden. Beim Durchtritt durch einen Spalt liegt jedenfalls reine Wellenform vor, denn:

Nicht das Doppelspaltphänomen ist zu erklären, sondern es erklärt, daß Photonen wie Elektronen in Wellenform vorliegen.

Die Gretchenfrage, durch welches Loch ein Photon oder Elektron als Teilchen durchtritt, ist beantwortbar: jedes geht für sich allein durch beide als Welle hindurch, nicht als Teilchen. An welcher Stelle hinter dem Doppelspalt das Photon oder Elektron seine Wirkung in einem Dedektor entfaltet und damit als Welle gänzlich verschwindet, ist Zufall! Die Frage; durch welches Loch Photon oder Elektron beim Doppelspaltexperiment gegangen ist, ist demgemäß eine unzulässige Frage.
Das bestätigt sich noch durch ein Zusatzexperiment. Um die angeblichen Teilchen zu `erwischen´, aus welchem Loch sie austreten, wurden sie beleuchtet. Elektronen spiegeln Licht. Das Zusatzexperiment funktioniert, die Elektronen werden gesehen, wie sie scheinbar aus dem einen bzw. anderen Spalt gekommen sind. Aber, nanu: jetzt ist die interferenzbedingte wellenförmige Trefferverteilung hinter dem Doppelspalt weg! Die Kurve der Trefferquoten entspricht jetzt der, wie sie sich in Summe für beide Einzel-Spalten ergibt. Es zeigt sich:

Licht aus: Interferenzverteilung der Trefferquoten hinter der Spaltwand.
Licht an: keine interferenzbedingte Trefferhäufigkeit, sondern die Summenverteilung aus den Treffern der Einzellöcher.

Diese Verwirrung ist nun nicht mehr steigerungsfähig. Mit Beleuchtung so, ohne anders bedeutet aber nicht etwa, daß das als Hinschauen und Nichthinschauen gewertet werden könnte. Man sieht nicht durch aussenden von Photonen, sondern vom Objekt ausgehende Photonen werden vom Auge als Dedektor erkannt. Geister gibt es nicht. Bei diesem neuen Problem rennt die Denke sofort zu Heisenberg mit seiner Unschärferelation. Denkste. In der Natur ist jedes Geschehnis für sich ganz allein erklärbar und auch genau so zu erklären, ohne Verwendung anderer Postulate oder Effekte oder was sonst noch. (Zum Beispiel ist die Erklärung der Luftkraft an einem Tragflügel durch den Bernoulli-Effekt als anderem Naturgeschehen auch deswegen grundfalsch.) Was aber nun hier?
Ganz einfach: Die `Bestrahlung´ des Raumes hinter den Spalten mit Photonen ist ebenfalls ein Dedektor. Nicht in hard-ware-Form, sondern softiger, aber real. Trifft eine Photon die als Wellen aus den Spalten kommenden Elektronen, so verlieren diese durch gegenseitige Wechselwirkung ihren Wellenstatus und zeigen Teilchenverhalten. Diese nun Teilchen-Elektronen wandern dann weiter zu dem ursprünglichen Dedektor, ohne daß dabei Interferenz entstehen kann. An welchem Punkt, also hinter welchem Spalt, die Wechselwirkung zwischen einem Photon oder Elektron als sich selbst interferierende Welle stattfindet, ist Zufall, da, wo es im Photonenschauer der Beleuchtung zuerst zur gegenseitigen Wechselwirkung kommt. Dieser Zufall unterliegt reiner Statistik, in Summe fifty-fifty.

Warum gibt es ein Doppelspaltphänomen? Weil es selbst gemacht ist durch unphysikalische Denkweise.
Die Natur funktioniert nach prinzipiell einfachen Grundsätzen. Unverstehbares gibt es nicht.

Das Doppelspaltexperiment insgesamt ist als Welle/Teilchen-Dedektor anzusehen. Spaltwand mit dahinter befindlichem Dedektor stellen zusammen einen Dedektor zur Unterscheidung zwischen Wellen und Teilchen dar.
Das kann nun insbesondere dafür genutzt werden, um Manipulationen mit Wellen zu machen. Wie zuvor beschrieben, wurde mit Photonen auf Wellen `geschoßen´ im Glauben, es wären Teilchen. Es wurden aber erst ursächlich daraus Teilchen. Nicht nur am Ausgang der Spalten, sondern auch an der Eintrittseite sollte mit Licht experimentiert werden. Was sich dann zeigt, ist physikalisch von höchster Aussagekraft, um weiter hinter das Geheimnis des Welle/Teilchen-Dualismus zu kommen. Denn eine Frage ergibt sich nun: was passiert, wenn die Photonen/Elektronen durch Licht vor der Spaltwand in Teilchenstatus versetzt werden?

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