Beweise für die Interferenz von Elektronen
Okay, das ist eine nette Computersimulation, aber woher weiß ich, dass sie irgendetwas Reelles darstellt? Wurden Experimente wie dieses auch wirklich gemacht?
Na ja, es ist nicht wirklich möglich, ein Experiment so aufzubauen, wie wir es hier gezeigt haben, d. h. mit Elektronen, die durch ein Paar Schlitze auf einen Schirm geschossen werden. Das Doppelspaltexperiment mit Licht wurde oftmals gemacht — zuerst 1801 von Thomas Young. Mit modernen Mitteln kann man es sogar direkt mit einzelnen Lichtteilchen — Photonen genannt — durchführen (siehe hier für mehr Details, inklusive eines Filmchens mit den Messdaten). Mit Elektronen ist das allerdings nicht ohne weiteres möglich. Die Komponenten des Experiments müssten extrem klein sein, um die diskutierten Effekte zu zeigen. In diesem Sinne ist das gezeigte Applet etwas, was man als Gedankenexperiment bezeichnet. Es zeigt die Ergebnisse, die man nach den Regeln der Quantenmechanik erhalten würde, wenn ein hypothetisches Experiment wie dieses durchgeführt werden könnte.
Es klingt, als würden Sie sich das Ganze bloß zusammenfantasieren. Ich wusste doch, dass das ganze Zeug über Elektronen, die mit sich selbst interferieren, zu verrückt ist, um wahr zu sein!
Moment mal — ich habe nicht gesagt, dass es keinen experimentellen Beweis für die gezeigten Effekte gibt. Für Lichtteilchen ist das alles lange bekannt und heute auch live zu demonstrieren. Man hat aber auch tatsächlich beobachtet, dass Elektronen mit sich selbst interferieren. In den späten 20er Jahren haben Clinton J. Davisson, Lester H. Germer und George P. Thomson Elektronenstrahlen beobachtet, die von verschiedenen Metallen gestreut wurden. Diese Elektronen haben Interferenzmuster erzeugt, die gemessen und sogar fotografiert werden konnten. Um mehr Information über diese Experimente zu bekommen, kannst du folgende Verweise (auf Englisch) anschauen:
Und diese Interferenzmuster bedeuten, dass sich die Elektronen irgendwie wie Wellen verhalten, mit Bergen und Tälern, die sich gegenseitig verstärken oder abschwächen.
So ist es; diese Experimente zeigten, dass sich Elektronen manchmal wie Wellen verhalten, genauso wie die Quantentheoretiker Schrödinger und de Broglie es vorausgesagt hatten. Aus diesem Grunde wissen wir, dass, wenn man das Doppelspaltexperiment mit Elektronen durchführen würde so wie mit Licht, ein Interferenzmuster auf dem Schirm erscheinen würde, welches sich aus der Ankunft einzelner Teilchen zusammensetzt. Also genau wie das, was wir eben gesehen haben.
