Doświadczenie Younga

Eksperyment

Ten eksperyment jest bardzo prosty. Wymaga on jedynie urządzenia do rysowania podwójnych szczelin, takiego jak to na zdjęciu, czegoś do utrzymywania tego urządzenia w miejscu, oraz dobrego lasera, takiego jak ten używany przez robotników do "rysowania" linii prostych podczas budowy. Laser jest podparty, więc może być poruszany tylko celowo. Jest on skierowany na centralny punkt pomiędzy dwoma szczelinami z punktu oddalonego o około pół metra. Coś w rodzaju ekranu filmowego lub gładkiej białej ściany jest umieszczane po drugiej stronie podwójnego urządzenia szczelinowego kilka metrów dalej. Kiedy wszystko jest ustalone, pojawi się wzór jasnych i ciemnych pasm.

Lasery mogą wytwarzać jeden lub więcej fotonów po podaniu pewnej ilości energii elektrycznej. Foton lub fotony wydostają się z bardzo małego otworu w dobrze znanym czasie. Znana jest prędkość światła, więc można przewidzieć czas, w którym fotony pojawią się na ekranie. Kiedy fotony są produkowane pojedynczo, na ekranie pojawiają się pojedyncze plamki światła. Gdyby fotony były falami, oczekiwalibyśmy, że będą się rozchodzić w trakcie podróży i rozmywać na dużym obszarze ekranu, ale tak się nie dzieje. Jeśli fotony byłyby cząsteczkami, to oczekiwalibyśmy, że pojawią się w dwóch punktach ekranu połączonych z laserem przez dwie szczeliny w środku. Ale to też się nie dzieje.

Kiedy Thomas Young przeprowadził ten eksperyment, nie miał lasera. Zrozumiał to, wyobrażając sobie, że światło jest jak fale wody. Myślał, że fale świetlne rozchodzą się od źródła światła jak fale rozchodzące się od kamyka wrzuconego do stawu i że kiedy czoła fal uderzają w podwójne szczeliny, wtedy oryginalna fala przedostaje się przez obie szczeliny i od tego momentu są dwie różne fale. Łatwo było się domyślić, jak dwie fale oddziałują ze sobą, tworząc jasne i ciemne pasma (często nazywane "frędzlami") na ekranie. Powiedział, że udowodnił teorię, że światło jest falą.

Pojawiły się jednak duże problemy. Światło nie pojawiało się na ekranie jako fale, które po nim spływały. Światło zaczęło być rozumiane jako rój fotonów, które pojedynczo uderzały w ekran detekcyjny. I, co bardzo zaskakujące, pojedynczy foton mógł interferować z samym sobą, tak jakby był pojedynczą falą, która pasowała do starego opisu falowego. Rozdzielał się na dwie fale w urządzeniu z podwójną szczeliną, a następnie łączyły się one na ekranie.

To samo urządzenie, jedna szczelina otwarta vs. dwie szczeliny otwarte (Zwróć uwagę na 16 frędzli).


J jest odległością pomiędzy frędzlami. J = Dλ/B "D" = odległość S2 do F, λ = długość fali, B = odległość a do b

Znaczenie dla fizyki

Eksperyment z podwójną szczeliną stał się klasycznym eksperymentem myślowym dzięki jasnemu wyjaśnieniu centralnych zagadek mechaniki kwantowej.