Das Doppelspaltexperiment ist eines der bekanntesten Experimente der Physikgeschichte. Dieses Experiment wurde vom Physiker Thomas Young aus dem frühen 19. Jahrhundert vorgeschlagen und ist in seinem Aufbau erstaunlich einfach, aber in Bezug auf die Welt täuschend komplex.
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Während sich Licht wie ein Teilchen verhalten kann, wurde das Doppelspaltexperiment ursprünglich von Young verwendet, um zu zeigen, dass sich Licht auch wie eine Welle verhalten kann. Wenn Sie eine Auffrischung des Experiments benötigen, können Sie hier eine Version sehen:
Andere Versionen des Doppelspaltexperiments, bei dem Elektronen oder sogar größere chemische Moleküle verwendet wurden, zeigten, dass selbst diese weniger kurzlebigen Objekte wellenartige Interferenzmuster erzeugen können.
Erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts gelangten Physiker, die auf dem damals neuen Gebiet der Quantenmechanik arbeiteten, zu der Erklärung, die bis heute gilt: Wellen-Teilchen-Dualität. Die Theorie besagt, dass sich Licht, Elektronen und andere winzige Dinge in gewisser Hinsicht sowohl wie eine Welle als auch wie ein Teilchen verhalten können. Seit fast hundert Jahren werden die Grundsätze der Quantenphysik, die von einigen der größten Namen der Physik - Einstein, Bohr, Planck und anderen - aufgestellt wurden, verwendet, um die bizarren Ergebnisse von Youngs und ähnlichen Experimenten zu erklären. Das Beharren im Hintergrund ist eine weitere Erklärung für die Funktionsweise der Welt, und laut Quanta Magazine veranlassen die jüngsten Laboruntersuchungen einige Physiker, einen zweiten Blick auf die Grundlagen der Quantenphysik zu werfen.
Nach den modernen Vorstellungen der Quantenphysik ist die Welt auf den kleinsten Skalen - im Bereich der Elektronen, Photonen und Quarks - nicht offensichtlich, direkt und deterministisch. Die Welt ist vielmehr eine der Wahrscheinlichkeiten. Elektronen scheinen in einer Wolke von Möglichkeiten zu existieren, die ein Gebiet bewohnen, aber keinen bestimmten Raum. Es ist nicht bis Sie schauen, dass diese Aura der Wahrscheinlichkeit zusammenbricht und das Elektron einen bestimmten Ort bewohnt.
Für manche Menschen ist eine solche wahrscheinlichkeitstheoretische Interpretation der Welt einfach irritierend. Für andere erscheint die probabilistische Interpretation aus wissenschaftlicher Sicht jedoch unnötig. Es könnte eine andere Möglichkeit geben, das seltsame Verhalten des Doppelspaltexperiments zu erklären, das sich nicht in der üblichen probabilistischen Seltsamkeit der Quantenmechanik niederschlägt, so das Quanta-Magazin .
Bekannt als "Pilotwellentheorie" geht diese Denkrichtung dahin, dass Elektronen und andere Dinge, die sowohl Quasi-Teilchen als auch Quasi-Wellen sind, ein diskretes Teilchen sind, das von einer separaten Welle mitgerissen wird. Woraus diese Welle besteht, weiß niemand. Jüngste experimentelle Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass Teilchen, die von Wellen getragen werden, im Labor viele der seltsamen Verhaltensweisen zeigen, von denen angenommen wurde, dass sie ausschließlich der Quantenmechanik vorbehalten sind (siehe Video oben).
Nicht in der Lage zu sein, zu erklären, was die Welle ist, ist ein Problem, ebenso wie die inhärente Zufälligkeit der modernen Quantenphysik.
Der Vorteil der Pilotwellentheorie besteht darin, dass Physiker, wenn sie nachlässt, Dinge erklären können, die selbst bei den kleinsten Größen mit den gleichen Regeln geschehen, die für größere Objekte gelten. Dies ist in der Quantenmechanik nicht der Fall, wo unterschiedliche Regelsätze für winzige und größere Objekte gelten.
Die Pilotwellentheorie wurde zum ersten Mal zu Beginn des 20. Jahrhunderts aufgestellt, als die Ideen der Quantenphysik noch niedergelegt wurden, aber sie hat sich nie durchgesetzt. Die Idee ist lange Zeit aus der Mode gekommen, aber die neuen Experimente, so das Quanta-Magazin, bedeuten, dass die Theorie der Pilotwellen - zumindest in einigen Kreisen - zurückkehrt.
Video: Die MIT-Forscher Daniel Harris und John Bush zeigen, wie ein Ölball dazu gebracht werden kann, sich wie ein Elektron zu verhalten.
