Flere spørgsmål om dobbeltspalter og interferens – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om Fysik > ? om Fysik > Flere spørgsmål om dob...

20. juli 2011

Flere spørgsmål om dobbeltspalter og interferens

Hej Spørg om fysik
Foranlediget af jeres tidligere beskrivelse (og fortolkning) af Youngs dobbeltspalte forsøg, vil jeg blot stille følgende spørgsmål: 

  1. Er forsøget blevet gennemført med to adskilte men samtidige partikelkilder?
  2. Var resultatet i givet fald det samme?

Med venlig hilsen
Rb

Først lidt om hvorfra forsøget kommer. Thomas Young (GB, 1773 - 1829) lavede forsøg over lysets bølgenatur (i modsætning til Newtons partikelteori) påviste lysets interferens bl.a. ved sit dobbeltspalteforsøg i 1803.

Thomas Young

Han var et multitalent, beherskede mere eller mindre 13 sprog, var uddannet læge, arbejdede med lysets bølgeteori, arbejdede med fysik, arbejdede med præcis tidsbestemmelse (sekundpendulet), arbejdede med elastiske stoffer (Youngs modul), farveopfattelse, overfladespænding, og han gav det første udkast til oversættelse af den berømte tresprogede Rosettesten (1814) hvor han nåede et langt stykke af vejen i forståelse af hieroglyffer.

Nej, med to kilder bliver mønstret ikke nær så tydeligt. Pointen i kvantemekanikken og i dobbeltspalteeksperimentet er, at hver enkelt foton interfererer med sig selv, og ender med at sætte en prik på skærmen. Men kun hvis mange identiske fotoner (fx fra samme kilde) sendes afsted danner prikkerne et mønster. Fotoner fra en anden kilde vil danne et andet mønster, og hvis de to mønstre sættes sammen, bliver det hele meget mere mudret, og man har svært ved at genkende eller se mønstrene.

Hej spørg om fysik
Da jeg er meget interesseret i Youngs dobbeltspalte eksperiment, vil jeg meget gerne vide, om man selv kan udføre det evt. med fotoner. Og - i givet fald - under hvilke omstændigheder?

Med venlig hilsen
r b

Ja det kan man. Hvis man laver en dobbeltspalte ved at skære to snævre revner i et stykke alufolie med måske 1 mm afstand, og så ser på en fjern lygte (om aftenen), kan man se stregmønsteret bagved.

Det kan også gøres med solen med et hvidt papir bag (man må ikke se op imod solen), men papiret skal være i nogenlunde skygge. En anden mulighed er en spalte med et tykt hår som deler den i midten. Forsøgene kan også gennemføres med en lille faststoflaser. 

Hej spørg om fysik
Jeg har læst, at man i moderne dobbeltspalte eksperimenter erstatter dobbelspalten med en beam splitter. Vil man så ikke lave forsøg med enkelte fotoner mere?

Så vidt jeg har lært, kan en foton jo ikke deles - eller hvad? 

Med venlig hilsen
r b

 

Det er ikke afgørende, om man benytter en dobbeltspalte eller et antal beamsplittere. Hovedsagen er, at fotonen skal kunne vælge flere veje for at komme fra start til mål.

Fx kan fotonen i forsøget med dobbeltspalten løbe igennem den ene eller den anden spalte. I forsøget med beamsplitterne (der er lavet af et materiale, som på atomart niveau er en slags mange-spalte skærm), vil en enkelt foton også kunne vælge flere veje fra start til mål, og ifølge kvantemekanikken interferere med sig selv. Om fotonen deler sig, eller hvad der sker undervejs, er en strid om ord. Kvantemekanikken har et helt præcist matematisk udsagn, som det er svært at sætte dagligdags ord på.

Om man laver forsøget med en dobbeltspalte, ved spejling i to spejle eller en beamsplitter er ligegyldigt. Pointen er to veje fra lyskilde til en skærm, hvor billedet er billede 

Hej spørg om fysik 

Dobbeltspalteinterferens

I dobbeltspalte eksperimentet hævdes det, at en kvantepartikel kan interferere med en anden partikel ogaå med et stort tidsinterval.

Ligeledes hævdes det, at en partikel kan interfere med sig selv.

Da der her på nettet er så mange ufunderede påstande også om dobbeltspalte eksperimentet, ville jeg gerne vide, om begge udsagn er sande, og (selvom jeg nødvendigvis må respektere de kloge hoveders verdensbeskrivelse) om man kan - og hvordan man kan skelne mellem de to situationer.

Hej spørg om fysik
Vækker i høj grad min interesse, at en partikel kan interferere med en partikel, der passerede for måske en time siden.

Interfererede den første i så fald med sig selv? Eller med den anden? Er det blevet undersøgt?

Jeg er klar over, at det sidste spørgsmål sikkert er tåbeligt, idet højt intelligente mennesker forlængst har tygget emnet igennem over mange år. Det er bare virkeligt svært at finde uddybende og valide oplysninger om emnet og samtidigt frasortere sludderet.

Med venlig hilsen
r b

Man kan i høj grad sige, at fotonen interfererer med sig selv - se ovenstående svar. Flere identiske fotoner kan også lave en slags interferens.

Med fx to fotoner sendt (næsten samtidigt) fra kilde til detektor, kommer der to prikker på detektoren. Men man kan ikke afgøre, om det er den ene eller den anden foton, der har sat de to prikker. Igen er der flere muligheder: de to fotoner kan undervejs have byttet plads eller ej. Det giver anledning til en ny interferens. Som du skriver, har mange højt intelligente mennesker siden 1920'erne tygget emnet igennem, og der er ingen tvivl om grundprincipperne. Men igennem årene har opfindsomme folk fundet mange forskellige varianter, som til stadighed vækker forbløffelse og glæde.

Med venlig hilsen
Per Hedegård
Malte Olsen