Interferenz

Grundlagen der Interferenz

Die Interferenz ist ein Phänomen, das bei allen Arten von Wellen auftreten kann, also auch bei Licht, Schall und Materiewellen. Bei der Interferenz geht es um die Überlagerung von zwei oder mehr Wellen, deren Amplituden sich dann addieren. Dabei kann eine Amplitudensumme entstehen, die größer ist, als die ursprünglichen Wellen. Dann spricht man von konstruktiver Interferenz. Ist sie kleiner, spricht man von destruktiver. Generell ist das entstehende Interferenzmuster, also das Bild der entstandenen Überlagerungen nicht zeitlich stabil. Lediglich wenn die überlagernden Wellen einen festen Phasenunterschied haben, verändert sich die Lage der Maxima und Minima nicht. Das ganze kann man sich in etwa so vorstellen: Wir nehmen an, zwei Züge fahren nebeneinander her. Beide sind unendlich lang und haben in gleichen Abständen Fenster. Auf beiden Seiten steht ein Beobachter, einer rechts und einer links vom Gleis. Wenn wir nun Fenster als Wellenberg und Wagonwand als Wellental ansehen, dann haben wir ein Interferenzmaximum, wenn die Beobachter beide auf ein Fenster gucken und sich somit sehen können. Ein Interferenzminimum, wenn beide auf eine Wand gucken. Alles andere sind Mischfälle. Wenn nun beide Züge gleich schnell fahren, dann treffen entweder immer oder nie zwei Fenster aufeinander. Das heißt, das Interferenzmuster ändert sich nicht. Die Züge sind kohärent. Wenn aber ein Zug schneller ist, so treffen sich manchmal zwei Fenster und manchmal nicht. Zwar kann an diesem Beispiel der unterschied zwischen stabilen und instabilen Mustern gezeigt werden, dennoch ist die Idee der Züge mit unterschiedlichen Geschwindigkeit schwierig. Denn die Wellen, die interferieren zeichnen sich nicht durch unterschiedliche Geschwindigkeiten aus, sondern durch unterschiedliche Frequenzen. Das Ergebnis ist zwar das selbe, die Anzahl der vorbeifahrenden Fenster bleibt gleich, doch der Grund ist ein anderer. Einmal sind die Fenster schneller (Zug), einmal sind sie enger beieinander (Welle). Soviel zu den Grundlagen der Interferenz. Genauer soll im Folgenden auf die Interferenzversuche am Gitter und an dünnen Schichten eingegangen werden.

 

Abschließend möchte ich mich noch kurz zur Bedeutung der Interferenz äußern. Denn die Interferenzversuche sowohl mit Licht als auch mit Materiestrahlen wie zum Beispiel mit Elektronen zeigen eine Reihe von verblüffenden Eigenschaften. Zum einen wurde erkannt, dass Licht und Materie Welleneigenschaften hat. Zum anderen wurde eine Art der Unbestimmtheit festgestellt. Denn auch wenn beim Doppelspaltversuch mit Elektronen ein Interferenzmuster entstehen kann wie bei Licht, so verschwindet dieses, sobald man die Elektronen nach dem Durchgang durch einen Spalt ortet. Das heißt also, so lange ich nicht weiß, durch welchen Spalt das Elektron durchgeflogen ist, ist es durch beide Spalte geflogen und interferiert am Ende mit sich selber. Die Interferent mit sich selber konnte gezeigt werden, indem man nur einzelne Elektronen durch den Doppelspalt sendete und dennoch ein Interferenzmuster erhielt. Dies ist einer der Versuche, bei denen die Messung tatsächlich deutlich das Ergebnis verändert. Entsprechende Versuche konnten auch mit Licht und Polarisationsfiltern erreicht werden. Wie auf der Startseite schon angesprochen ist hier also der Fall eigetreten, dass wir, auch wenn wir die Elektronen und den Doppelspalt vorher exakt ausmessen, keine Vorhersage machen können, wie sich das Elektron verhalten wird. Durch welchen Spalt es geht und wo es am Ende auf dem Schirm aufschlägt. Wir können nur auf Grund des Interferenzmusters eine Wahrscheinlichkeit angeben, wo es aufschlagen wird. Die eigentliche Bedeutung ist noch viel weitreichender, wird aber an anderer Stelle bestimmt wieder aufgegriffen. Etwa im Bereich “Die Menschen” sobald es um die Vorstellung des freien Willens geht.