Youngov dvojštrbinový experiment

Experiment

Tento experiment je veľmi jednoduchý. Vyžaduje si len zariadenie s dvojitou štrbinou, ako je na obrázku, niečo, čo bude zariadenie s dvojitou štrbinou držať v pokoji, a dobrý laser, aký používajú robotníci na "kreslenie" rovných čiar pri stavbe. Laser je podopretý, takže sa môže pohybovať len zámerne. Zameriava sa na stredový bod medzi dvoma štrbinami z miesta vzdialeného asi pol metra. Na druhej strane dvojštrbinového zariadenia vzdialeného niekoľko metrov sa postaví niečo ako filmové plátno alebo hladká biela stena. Keď sa všetko zafixuje, objaví sa vzor svetlých a tmavých pásov.

Lasery môžu po dodaní určitého množstva elektrickej energie produkovať jeden alebo viac fotónov. Fotón alebo fotóny vyjdú z veľmi malej diery za dobre známy čas. Rýchlosť svetla je známa, takže čas, za ktorý sa fotóny objavia na obrazovke, sa dá predpovedať. Keď sa fotóny produkujú po jednom, na obrazovke sa objavia jednotlivé svetelné škvrny. Ak by fotóny boli vlny, potom by sme očakávali, že sa pri svojom pohybe rozšíria a rozptýlia po veľkej ploche obrazovky, ale to sa nikdy nestane. Ak by fotóny boli častice, potom by sme očakávali, že sa objavia v dvoch bodoch na obrazovke pripojených k laseru cez dve štrbiny uprostred. Ale ani to sa nedeje.

Keď Thomas Young robil tento experiment, nemal žiadny laser. Pochopil to tak, že si predstavil svetlo ako vlny vody. Myslel si, že svetelné vlny sa pohybujú od zdroja svetla ako vlny šíriace sa z kamienka vhodeného do rybníka, a keď čelá vĺn narazia na dvojitú štrbinu, tak pôvodná vlna sa dostane na obe štrbiny a odvtedy sú dve rôzne vlny. Bolo ľahké prísť na to, ako sa dve vlny navzájom ovplyvnia a vytvoria svetlé a tmavé pásy (často nazývané "strapce") na obrazovke. Povedal, že dokázal teóriu, že svetlo je vlnenie.

Vyskytli sa však veľké problémy. Svetlo sa na obrazovke nezobrazovalo ako vlny, ktoré ju obmývali. Svetlo sa začalo chápať ako roje fotónov, ktoré jednotlivo dopadajú na detekčnú obrazovku. A čo bolo veľmi prekvapujúce, jeden fotón mohol interferovať sám so sebou, akoby to bola jedna vlna, ktorá zodpovedala starému opisu vlny. Na dvojštrbinovom zariadení sa rozdelil na dve vlny, ktoré sa potom na obrazovke spojili.

Rovnaké zariadenie, jedna otvorená štrbina vs. dve otvorené štrbiny (všimnite si 16 okrajov).


J je vzdialenosť medzi okrajmi. J = Dλ/B "D" = vzdialenosť. S2 k F, λ = vlnová dĺžka, B = vzdialenosť a k b

Význam pre fyziku

Dvojštrbinový experiment sa stal klasickým myšlienkovým experimentom, pretože jasne vysvetľuje hlavné hádanky kvantovej mechaniky.