In den Anfängen der Quantenphysik (nach 1905) wurde gelegentlich die Vermutung geäußert, dass die Interferenzerscheinung am Doppelspalt durch die Wechselwirkung der Photonen untereinander verursacht werden könnte. Geoffrey Ingram TAYLOR (1886 - 1975) konnte 1908 mit einer Beugungsanordnung (Licht einer Gasflamme wurde an einer Nadelspitze gebeugt und kam dann zur Interferenz) nachweisen, dass bei extrem schwacher Belichtung auf einem Film zunächst nur regellos angeordnete Schwärzungspunkte auftraten. Bei sehr langer Belichtungszeit (TAYLOR belichtete bei schwacher Intensität bis zu 3 Monate) ergab sich aber dann das gleiche Interferenzbild, als wenn man die Nadelspitze nur kurzzeitig aber mit hellem Licht beleuchtete. Bei der von TAYLOR gewählten Abschwächung des Lichts konnte man davon ausgehen, dass sich in der Beugungsanordnung gleichzeitig so wenige Photonen befanden, dass sich diese nicht gegenseitig beeinflussen konnten. Damit konnte man vermuten, dass die Interferenzerscheinungen nicht mit der gegenseitigen Wechselwirkung der Photonen erklären kann.
Hinweis: Wenn du daran interessiert bist, wie um 1909 eine physikalische Veröffentlichung verfasst wurde, so gehen zur Originalarbeit von TAYLOR. Sie enthält auch einige Dinge, welche du nicht ohne weiteres verstehen wirst, trotzdem wurde schon 1909 vermutet, dass es nicht die Wechselwirkung der "kleinen Energieportionen" untereinander ist, die zur Interferenz führt.
Simulation zur Interferenz von Photonen am Doppelspalt
Die Simulation zeigt Photonen, die einen optischen Doppelspalt passieren und auf einen dahinter stehenden Schirm auftreffen. Dort wird deren Intensitätsverteilung, bedingt durch Beugung und Interferenz, errechnet. Einzelne Parameter (Spaltabstand \(d\), Spaltbreite \(b\) und Wellenlänge \(\lambda\) lassen sich variieren. Zunächst wird die Intensitäts- bzw. Wahrscheinlichkeitsverteilung als Graph dargestellt. Anschließend erfolgt eine Bestrahlung des Schirmes als Simulation, indem eine bestimmte Zahl von Photonen pro Sekunde, dargestellt als farbige Pixel, auf den Schirm treffen.
Bei kleiner Lichtintensität zeigt das Schirmbild eine "körnige" Struktur. Bei extrem herabgesetzter Intensität sind sogar einzelne Einschläge von Photonen festzustellen. Dass die Einschläge einzelner Photonen nicht völlig regellos erfolgen, erkennt man an der nach der klassischen Physik berechneten Intensitätsverteilung am Doppelspalt im unteren Teil der Simulation. Die Wahrscheinlichkeit, in der Höhe eines Intensitätsminimums einen Photoneneinschlag zu beobachten, ist extrem gering.
Hinweis: Wir danken Herrn Markus Niermann für die Idee und wichtige Tipps zu dieser Simulation.