Lichtbeugung am Einzelspalt

[Chlorobium]

Viele werden diesen Versuch aus der Schule oder dem Studium
kennen. Daher werde ich mich nicht groß mit einer Beschreib-
ung aufzuhalten brauchen.

Wenn man einen Lichtstrahl auf eine Platte mit einem Spalt rich-
tet, wird das durch den Spalt dringende Licht gebeugt. Hinter
der Platte kann man dann das bekannte Beugungsmuster sehen.
Die Abstände im Streifenmuster sind abhängig von der Spaltbreite.


(Bild aus dem Artikel "Beugung" bei Wikipedia verlinkt)


Ich habe bis Heute nicht verstanden, was genau im Spalt passiert.
Die den Spalt passierenden Photonen erfahren eine Auslenkung
in irgendeine Richtung. Die Photonen müssen also mit ETWAS im
Spalt wechselwirken.


Worum handelt es sich bei dieser Wechselwirkung?

Warum tritt diese nur im Spalt, nicht aber auf der ganzen
Strecke des Lichtstrahls auf? Spielen hier ähnliche Effekte
wie beim Casimir-Effekt eine Rolle, wo sich zwischen den
Platten nur ganz bestimmte "Energiefluktuationen" ausbil-
den können?


P.S.: Sollte das Bild den Forums-Traffik unnötig erhöhen, dann
nehme ich das Bild gerne wieder raus.


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mfg
Chlorobium (der Farbe wegen)

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Hallo Chlorbium!

Bin ja wirklich begeistert über das neue Forum!
Nein, das Bild geht nicht auf Kosten des Forumstraffics. Du hast ja direkt auf Wikipedia verlinkt. Die Browser holen das Bild dann direkt von dort, so dass das Forum davon eigentlich gar nichts mehr mit bekommt. Dabei fällt mir gerade auf: ist es reiner Zufall, dass Du ein Interferenzmuster mit grünem Licht genommen hast, oder ist es "der Farbe wegen"?

Aber zu Deiner eigentlichen Frage:
Alleine dadurch, dass man mit einem solchen Spalt die Photonen ausselektiert, kommt es schon zu der Interferenz. Es muß also noch nicht mal eine Wechselwirkung der Photonen, die Du nachher auf dem Schirm sehen kannst mit dem Metall der Blende geben.
Du präparierst damit einfach einen Zustand, bei dem die Ortswellenfunktion nur in dem Bereich des Spaltes ungleich null ist und dadurch wird der Impuls "automatisch" unscharf, so dass die Photonen eben einen Impuls zur Seite bekommen "können".
Mit Wellen ist das noch leicht vorstellbar, aber mit Photonen tun wir Menschen uns dann schon wieder schwerer. Wenn man aber von der Vorstellung abrückt, dass Photonen wirklich Teilchen im Sinne von "kleinen Kügelchen" oder so seien, sondern Quanten als Objekte sieht, die genau wie Wellen interferieren können und nachher ihre Aufenthaltswahrscheinlichkeit von dieser Wellenfunktion abhängt, dann wird das vielleicht einfacher.
Vielleicht nochmal anders ausgedrückt: Dadurch, dass nicht mehr alle Photonen durchkommen, fehlen quasi "Interferenzpartner", die bei einer größeren Blende noch da wären. Diese Partner würden den Impuls schärfer werden lassen und das Linienbild würde auf dem Schirm kleiner werden.

Mathematisch geht das dann alles über eine Fouriertransformation. Da kannst Du ja einfach mal eine solche "Spaltfunktion" fouriertransformieren und bekommst dann auch so ein Muster raus. Man kommt auf genau so ein Integral wie bei der Fouriertransformation, wenn man einfach direkt die Interferenz von Wellen ausrechnen würde.

Ich würde also sagen, dass eigentlich nicht die Wechselwirkung der Photonen, die den Spalt passieren der Punkt ist, sondern ener die Wechselwirkung der Photonen, die den Spalt nicht passieren. Und die machen ja definitiv eine mit der Blende!

Gruß
Marco

[Jens Blume]