Klassische und nicht-klassische Experimente der physikalischen Optik: Neue Geheimnisse zeigen und Quantenmechanik testen

Feynman (1956) nannte das Doppelspaltexperiment "ein Phänomen … das im Herzen der Quantenmechanik liegt. In Wirklichkeit enthält es das einzige Geheimnis". Penrose (2022) stellt fest, dass „die heutige Quantenmechanik … eine inkonsistente Theorie ist“. Um dieses Geheimnis zu studieren, die Natur des Lichts zu erforschen und Penroses Aussage zu testen, zeigen wir experimentell erstmals vier neuartige Phänomene, die ebenfalls neue Geheimnisse sind. Einzelschlitz Paralleler Doppelspalt Nicht-paralleler Doppelspalt Gebogener Doppelspalt (1) Im selben Doppelspaltexperiment, in makroskopischer Entfernung vom Diaphragma, sind die Muster nichtinterferenzartig und entwickeln sich dann allmählich zu orthogonalen Interferenzmustern; (2) im selben Einzelschlitzexperiment, in makroskopischer Entfernung vom Diaphragma, sind die Muster nicht-beugungsartig und entwickeln sich dann allmählich zu orthogonalen Beugungsmustern; (3) im Experiment mit nicht-parallelen Doppelspalten beobachten wir in makroskopischer Entfernung vom Diaphragma zunächst keine Wellenmuster, die sich dann allmählich zu Hybridmustern entwickeln, nämlich Interferenzmuster eingebettet in Beugungsmuster; die Hybridmuster hängen vom Winkel zwischen den beiden Spalten ab; (4) Gebogener Doppelspalt erzeugt zunächst keine Wellenmuster, dann allmählich ein Bogen-Interferenzmuster, und schließlich ein punkt-symmetrisches Interferenzmuster. Um die Universalität jedes der vier neuartigen Phänomene zu zeigen, führten wir mehrere Experimente für jedes durch. Die Unterschiede zwischen Einzelschlitz, parallel- und nicht-parallelem Doppelspalt sowie gebogenem Doppelspalt scheinen nicht so aussagekräftig. Die Muster sind jedoch unerwartet grundlegend verschieden. Eine konsistente und vollständige Erklärung der vier neuartigen Phänomene stellt eine Herausforderung für die bestehenden Wellentheorien dar. Die neuen experimentellen Phänomene stützen Penroses Aussage. Fortschritte in der physikalischen optischen Experimentalphysik erfordern eine konsistente und vollständige Theorie.