Youngův dvojštěrbinový experiment

Experiment

Tento experiment je velmi jednoduchý. Vyžaduje pouze zařízení s dvojitou štěrbinou, jako je to na obrázku, něco, co udrží zařízení s dvojitou štěrbinou v klidu, a dobrý laser, jaký používají dělníci k "kreslení" rovných čar při stavbě. Laser je podepřen, takže se může pohybovat pouze záměrně. Zaměřuje se na středový bod mezi oběma štěrbinami z místa vzdáleného asi půl metru. Na druhé straně zařízení s dvojitou štěrbinou vzdálené několik metrů se postaví něco jako filmové plátno nebo hladká bílá stěna. Když je vše zafixováno, objeví se vzor světlých a tmavých pruhů.

Lasery mohou po dodání určitého množství elektrické energie produkovat jeden nebo více fotonů. Foton nebo fotony vyjdou z velmi malého otvoru během dobře známé doby. Rychlost světla je známa, takže dobu, za kterou se fotony objeví na obrazovce, lze předpovědět. Když se fotony produkují po jednom, na obrazovce se objeví jednotlivé světelné skvrny. Pokud by fotony byly vlny, pak bychom očekávali, že se při svém pohybu rozprostřou a rozlijí po velké ploše obrazovky, ale to se nikdy nestane. Pokud by fotony byly částice, pak bychom očekávali, že se objeví ve dvou bodech na obrazovce, které jsou spojeny s laserem dvěma štěrbinami uprostřed. Ale ani to se neděje.

Když Thomas Young prováděl tento experiment, neměl žádný laser. Pochopil to tak, že si světlo představil jako vlny vody. Myslel si, že světelné vlny se pohybují od zdroje světla jako vlny šířící se od oblázku vhozeného do rybníka, a že když čela vln narazí na dvojitou štěrbinu, pak se původní vlna dostane na obě štěrbiny a od té doby existují dvě různé vlny. Bylo snadné přijít na to, jak se dvě vlny vzájemně ovlivňují a vytvářejí světlé a tmavé pruhy (často nazývané "třásně") na obrazovce. Řekl, že dokázal teorii, že světlo je vlnění.

Vyskytly se však velké problémy. Světlo se na obrazovce nezobrazovalo jako vlny, které ji omývaly. Světlo se začalo chápat jako roj fotonů, které jednotlivě dopadají na detekční obrazovku. A velmi překvapivě mohl jednotlivý foton interferovat sám se sebou, jako by to byla jediná vlna, která odpovídá starému popisu vln. Na dvojštěrbinovém zařízení se rozdělil na dvě vlny, které se pak na obrazovce spojily.

Stejné zařízení, jedna štěrbina otevřená vs. dvě štěrbiny otevřené (všimněte si 16 třásní).


J je vzdálenost mezi třásněmi. J = Dλ/B "D" = dist. S2 k F, λ = vlnová délka, B = vzdálenost a k b

Význam pro fyziku

Dvojštěrbinový experiment se stal klasickým myšlenkovým experimentem, protože jasně vysvětluje hlavní hádanky kvantové mechaniky.