Lassen Sie die Simulation oben ein paar Sekunden laufen. Jedes Teilchen trifft als einzelner Punkt auf – zufällig verteilt, ohne erkennbare Ordnung. Nach ein paar tausend Punkten sind plötzlich Streifen da. Und dann schalten Sie den Detektor ein: Die Streifen sind weg. Genau dieser eine Schalter ist der Grund, warum das Doppelspaltexperiment seit hundert Jahren diskutiert wird.
Jedes Teilchen trifft als einzelner Punkt auf – das Muster entsteht erst
aus vielen. Gerechnet wird mit der Fernfeldnäherung; die Gesamtzahl der
Teilchen ist in beiden Fällen gleich, sie verteilen sich nur anders.
Was Sie gerade gesehen haben
Der Aufbau ist denkbar einfach: eine Quelle, eine Blende mit zwei schmalen Spalten, dahinter ein Schirm. Schießt man Teilchen einzeln los – so einzeln, dass sich nie zwei gleichzeitig im Aufbau befinden –, dann kann keines mit einem anderen interferieren. Trotzdem entsteht das Streifenmuster.
Das ist der eigentliche Befund, und er hat zwei Hälften, die beide stimmen müssen: Der einzelne Auftreffpunkt ist punktförmig, wie man es von einem Teilchen erwartet. Die Verteilung vieler Punkte folgt exakt dem, was eine Welle vorhersagt. Kein Modell aus der Alltagserfahrung leistet beides.
Warum überhaupt Streifen?
Von jedem Spalt geht eine Welle aus. Zu einem Punkt auf dem Schirm haben beide unterschiedlich weite Wege zurückgelegt. Ist dieser Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge, treffen Wellenberg auf Wellenberg – es wird hell. Beträgt er ein halbes Vielfaches, löschen sich die Wellen aus – es bleibt dunkel.
Streifenabstand = Wellenlänge × Abstand zum Schirm ÷ Spaltabstand. Bei grünem Licht (550 nm), einem Meter Abstand und 50 µm zwischen den Spalten sind das 11 Millimeter.
Diese Formel können Sie in der Simulation nachprüfen. Schieben Sie die Wellenlänge nach oben, werden die Streifen breiter; vergrößern Sie den Spaltabstand, rücken sie enger zusammen.
| Licht | Spaltabstand | Streifenabstand | Streifen im Hauptmaximum |
|---|---|---|---|
| violett, 400 nm | 50 µm | 8,0 mm | rund 7 |
| grün, 550 nm | 50 µm | 11,0 mm | rund 7 |
| rot, 700 nm | 50 µm | 14,0 mm | rund 7 |
| grün, 550 nm | 20 µm | 27,5 mm | rund 3 |
| grün, 550 nm | 150 µm | 3,7 mm | rund 20 |
Die letzte Spalte erklärt die Helligkeitsglocke, in der die Streifen liegen: Sie stammt von der Beugung am einzelnen Spalt und hängt von dessen Breite ab, nicht vom Abstand der beiden. In der Simulation ist diese Breite fest auf 15 Mikrometer eingestellt.
Der Schalter: was der Detektor wirklich tut
Ohne Messung
Streifen
Der Weg jedes Teilchens ist grundsätzlich unbestimmt. Beide Möglichkeiten tragen zum Ergebnis bei – und ihre Beiträge können sich verstärken oder auslöschen.
Mit Messung
Zwei Flecken
Der Weg liegt fest. Damit fällt die Möglichkeit weg, dass beide Beiträge zusammenwirken – übrig bleibt schlicht die Summe zweier Einzelspalte.
Wichtig ist, was dabei nicht passiert: Es geht nicht verloren, es wird nichts blockiert. Achten Sie in der Simulation auf den Zähler – die Teilchenzahl ist in beiden Fällen dieselbe, und auch die Gesamthelligkeit auf dem Schirm ändert sich nicht. Nur die Verteilung ist eine andere.
Nein, es liegt nicht am Bewusstsein
Kaum ein physikalisches Experiment wird so häufig falsch zitiert. Die Behauptung lautet meist, die Aufmerksamkeit oder das Bewusstsein eines Beobachters verändere die Materie. Das ist eine Fehlübersetzung eines Fachworts.
„Beobachtung“ heißt in der Physik Wechselwirkung, nicht Wahrnehmung. Ein Detektor muss physikalisch mit dem Teilchen in Kontakt treten, um dessen Weg festzustellen – und genau dieser Kontakt zerstört die Interferenz. Ob danach jemand die Messdaten liest, spielt keine Rolle.
Zwei Experimente machen das deutlich. Dürr, Nonn und Rempe bauten 1998 ein Atominterferometer, bei dem die Wegmessung dem Atom so wenig Impuls überträgt, dass eine mechanische Störung als Erklärung ausscheidet – und trotzdem verschwand die Interferenz (Nature 395, 33–37). Nicht der Anstoß zerstört das Muster, sondern die Verknüpfung zwischen Detektor und Teilchen.
Noch deutlicher wird es, wenn gar kein Messgerät im Spiel ist: 2004 heizte eine Wiener Arbeitsgruppe Fullerene auf über 3.000 Kelvin. Die Moleküle geben dabei Wärmestrahlung ab – und verlieren ihre Interferenzfähigkeit, weil diese Strahlung ihren Weg verrät (Nature 427, 711–714). Hier beobachtet niemand etwas; die Umgebung selbst nimmt die Information auf. Wäre Bewusstsein nötig, dürfte das nicht geschehen.
Interessant ist auch, woher die Bewusstseins-Deutung stammt: von Eugene Wigner, einem der bedeutendsten Physiker des 20. Jahrhunderts. Er hat sie selbst wieder aufgegeben, nachdem er in den 1970er Jahren die Arbeiten zur Dekohärenz kennengelernt hatte, und seine frühere Position später als Weg in den Solipsismus kritisiert. Der Urheber ist damit der prominenteste Kronzeuge gegen die These.
Genau genommen: Die Bewusstseins-Deutung ist nicht widerlegt – sie sagt dasselbe voraus wie die übrigen Deutungen und lässt sich deshalb nicht durch ein Experiment ausschließen. Sie wird nur nicht gebraucht: Die Wechselwirkung mit der Umgebung erklärt das Verschwinden der Streifen vollständig. „Überflüssig“ ist der ehrlichere Ausdruck als „falsch“.
Was das Experiment sonst noch zeigt
- Es gilt nicht nur für Licht. Der Versuch gelang mit Elektronen, Neutronen, ganzen Atomen und sogar mit Molekülen aus mehreren hundert Atomen. Je schwerer das Objekt, desto kleiner seine Wellenlänge und desto feiner das Muster.
- Warum wir es im Alltag nie sehen. Ein Tennisball hat eine Wellenlänge von etwa 10⁻³⁴ Metern. Der zugehörige Streifenabstand liegt so weit unter jeder messbaren Größe, dass die Frage gegenstandslos wird.
- Das Muster ist eine Statistik. Wo das nächste Teilchen auftrifft, ist nicht vorhersagbar – nur die Wahrscheinlichkeit dafür. Genau diese Wahrscheinlichkeit berechnet die Simulation und würfelt danach jeden einzelnen Punkt.
Häufige Fragen
Was ist das Doppelspaltexperiment?
Teilchen werden einzeln auf eine Blende mit zwei schmalen Spalten geschossen und treffen dahinter auf einen Schirm. Obwohl jedes Teilchen allein unterwegs ist, entsteht mit der Zeit ein Streifenmuster – so, als hätte jedes Teilchen beide Spalte zugleich genutzt.
Warum entsteht ein Interferenzmuster?
Die von beiden Spalten ausgehenden Wellen legen unterschiedlich lange Wege zurück. Wo der Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge beträgt, verstärken sie sich; bei einem halben Vielfachen löschen sie sich aus.
Was passiert, wenn man misst, durch welchen Spalt das Teilchen geht?
Das Streifenmuster verschwindet. Übrig bleibt die breite Verteilung, die zwei einzelne Spalte erzeugen würden. Sobald der Weg im Prinzip bekannt ist, gibt es keine Interferenz mehr – unabhängig davon, ob jemand das Messergebnis liest.
Zerstört das Bewusstsein des Beobachters das Muster?
Nein. „Beobachtung“ heißt in der Physik Wechselwirkung, nicht Wahrnehmung. Das zeigt sich am deutlichsten dort, wo gar kein Messgerät beteiligt ist: Heiße Moleküle verlieren ihre Interferenzfähigkeit allein dadurch, dass sie Wärmestrahlung abgeben, die ihren Weg verrät. Eugene Wigner, von dem die Bewusstseins-Deutung stammt, hat sie später selbst aufgegeben. Widerlegen lässt sie sich nicht – sie sagt dasselbe voraus wie die übrigen Deutungen –, aber sie wird nicht gebraucht.
Funktioniert das auch mit Elektronen oder Atomen?
Ja. Der Versuch wurde mit Elektronen, Neutronen, ganzen Atomen und sogar mit Molekülen aus mehreren hundert Atomen durchgeführt. Je schwerer das Teilchen, desto kleiner die Wellenlänge und desto feiner das Muster.
Was bedeutet Welle-Teilchen-Dualismus?
Dass sich Quantenobjekte je nach Versuchsanordnung wie Wellen oder wie Teilchen verhalten. Beim Doppelspalt zeigt sich beides gleichzeitig: Der Auftreffpunkt ist punktförmig wie bei einem Teilchen, die Verteilung vieler Punkte folgt einer Welle.
Wie realistisch ist diese Simulation?
Sie rechnet mit der Fernfeldnäherung, also der üblichen Schulformel für große Schirmabstände. Auftreffpunkte werden nach der berechneten Wahrscheinlichkeit gewürfelt. Für Streifenabstand, Helligkeitsverteilung und den Effekt der Wegmessung stimmt das Ergebnis mit dem realen Versuch überein.
Die Simulation ist kostenlos und ohne Anmeldung nutzbar – wie alle Werkzeuge auf tempteria.de. Sie brauchen Unterstützung bei Website, Technik oder Automatisierung? Schreiben Sie uns.
