Ein Quanten-Krimi

Teil 1

Ein Quanten-Krimi
Teil 1: Der Fall

Motivation

Zunächst simulieren wir ein lange bekanntes, einfaches Experiment. Trotzdem sind die Ergebnisse verblüffend.
Noch erstaunlicher sind die unterschiedlichen Ansätze der bekannten Erklärungsversuche.
Wir werden den "Fall" unvoreingenommen untersuchen. Dies führt uns auf ungewöhnliche Spuren...
Vertiefende Informationen oder Grafiken erscheinen nach einem Klick auf .
Torsten Krieg
Dresden am 09.08.2019

1. Aufbau des Experiments

Das Experiment können wir mit Licht, aber auch mit Elektronen, Neutronen oder anderen, sogenannten "Quantenobjekten", durchführen. Wir verwenden Elektronen, die Ergebnisse lassen sich aber auf andere Quantenobjekte verallgemeinern.
Zunächst benötigen wir eine Quelle, welche einzelne Elektronen aussendet. Ein Detektor registriert die Einzeltreffer . Zusätzlich platzieren wir zwischen Quelle und Detektor eine Barriere mit einem Spalt .
Das Auslösen der Quelle erfolgt durch einen Klick auf
Auf dem Detektor sehen wir ein kurzes Aufblitzen.
Das Ergebnis ist nicht überraschend: Die meisten Treffer registrieren wir in direkter Verlängerung des Spaltes. Kleine Abweichungen werden durch die Beugung der Elektronen am Spalt verursacht.
Nun verwenden wir eine Barriere mit zwei Spalten (Doppelspalt) . Wo werden wir die meisten Elektronen detektieren?

2. Durchführung in drei Modifikationen

Wir werden den Doppelspalt-Versuch in drei Modifikationen durchführen.

Modifikation 1

Durch einen Klick auf lösen wir die Quelle aus. Jedes Mal wird ein einzelnes Elektron emittiert. Bitte klicken Sie mehrmals auf den Auslöse-Schalter.
Eigenartig: Obwohl wir das Experiment unter denselben Bedingungen wiederholen, detektieren wir das ausgesendete Elektron an scheinbar zufälligen Stellen des Detektors.
Um vielleicht doch ein "System" zu entdecken, markieren wir die Einzeltreffer in einer zusätzlichen Grafik . Jetzt ist Ihre Mitarbeit gefragt: Klicken Sie mehrmals auf den Auslöse-Schalter. Können Sie ein Muster erkennen?

Modifikation 2

Bei dieser Variante können Sie Ihre Finger schonen 😴. Bitte betätigen Sie den obigen Auslöse-Schalter nur einmal täglich. Damit stellen wir sicher, dass sich die Einzelmessungen nicht gegenseitig beeinflussen. Wenn wir morgen ein Elektron aussenden, so sollte die Auftreffstelle auf dem Detektor unabhängig davon sein, was wir heute oder gestern beobachtet haben.
Die Einzeltreffer markieren wir wieder in der unteren Grafik. Diese Grafiken legen wir übereinander, um ein potentielles Muster zu erkennen. Sie sollten den Versuch nun ein Jahr lang einmal pro Tag durchführen 😁.
Ungeduldige LeserInnen starten bitte die Zeitmaschine

Modifikation 3

Wir kontaktieren hunderte ExperimentatorInnen in der ganzen Welt. Jede(r) führt diesen Versuch einmal durch und schickt uns dann das Bild der unteren Grafik mit der einen, hell markierten Auftreffstelle.
Da es in den Raumstationen auf Mond und Mars inzwischen auch WLAN gibt, konnten wie sogar einige extraterrestrische MitarbeitInnen gewinnen 😉.
Alle TeilnehmerInnen sind bereit und warten auf Ihr Kommando. Die eintreffenden Einzelbilder legen wir übereinander

3. Ergebnisse

Wir fassen zusammen:
  • Der Aufbau des Experiments war bei jedem Auslösen der Quelle identisch.
  • Die Einzelaufschläge erfolgten trotzdem an unterschiedlichen, scheinbar zufälligen Stellen. Wie ist das möglich?
  • Viele Einzelaufschläge ergeben ein Muster.
  • Egal, welche verrückten Modifikationen wir uns zur Durchführung überlegen: Das sich nach sehr vielen Einzelaufschlägen herausbildende Muster ist immer dasselbe. Wie kann das sein, da doch das Elektron überhaupt nicht "wissen" kann, welche Ergebnisse durch die Versuche zu früheren Zeiten bzw. an anderen Orten bereits vorliegen?
Nun kennen Sie den "Fall", den wir untersuchen möchten. Wenn Sie der Meinung sind, er wäre bereits gelöst, können Sie diese Seite getrost schließen.
Sollten Sie aber trotz der bekannten Interpretationen ein unbefriedigendes Gefühl haben, lade ich Sie auf eine spannende Spurensuche ein...