Doświadczenie Younga

Doświadczenie Younga

Eksperyment Younga polegał na przepuszczeniu spójnego światła przez dwie blisko położone szczeliny, co prowadziło do powstania na ekranie wzoru prążków interferencyjnych. Obserwowano zarówno jasne, jak i ciemne prążki, wynikające z wzajemnego wygaszania i wzmacniania się fal świetlnych.

Warunki powstawania prążków można opisać za pomocą następujących wzorów:

• Maksimum: $d\; \backslash sin\backslash alpha\_k\; =\; k\backslash lambda$, gdzie $k\; \backslash in\; \backslash mathbb\{Z\}$.
• Minimum: $d\; \backslash sin\backslash alpha\_k\; =\; \backslash left(\; \backslash frac\{2k+1\}\{2\}\; \backslash right)\; \backslash lambda$, gdzie $k\; \backslash in\; \backslash mathbb\{Z\}$.

Wzory te definiują rząd prążka $k$, odległość między szczelinami $d$, długość fali $\backslash lambda$ oraz kąt $\backslash alpha\_k$, pod jakim powstaje dany prążek na ekranie.

Eksperyment, przeprowadzony po raz pierwszy przez Thomasa Younga w XIX wieku, potwierdził falową naturę światła, stając się argumentem przeciwko korpuskularnej teorii światła, którą głosił Isaac Newton. Obraz interferencyjny można uzyskać również za pomocą siatki dyfrakcyjnej, która umożliwia uzyskanie wyraźniejszego wzoru niż w przypadku użycia samych szczelin.

Inspiracja Younga

Thomas Young zainspirował się zjawiskiem fal na wodzie, które wzmacniają się i osłabiają w zależności od fazy. W swoim doświadczeniu użył nieprzezroczystego materiału, przez który przepuścił światło słoneczne. Dzięki zasadzie Huygensa, światło rozchodziło się w postaci fal kulistych, co umożliwiło stworzenie wzoru prążków na ekranie.

Mechanika kwantowa

Pierwotna forma doświadczenia nie wzbudzała kontrowersji, jednak jego późniejsze interpretacje w kontekście mechaniki kwantowej ujawniły nowe aspekty. Okazało się, że nawet pojedyncze fotony przechodzące przez szczeliny tworzyły wzór interferencyjny. Zjawisko to przyczyniło się do zrozumienia podstaw mechaniki kwantowej, w tym zasady nieoznaczoności oraz dualizmu korpuskularno-falowego.

Wyprowadzenie wzoru

Analizując drogi promieni świetlnych, można stwierdzić, że różnica dróg dla obu promieni wynosi $\backslash Delta$. Z prostokątnego trójkąta ABC uzyskujemy:

• $\backslash Delta\; =\; d\; \backslash sin\backslash alpha$.
• Wzmocnienie występuje, gdy $\backslash Delta$ jest całkowitą wielokrotnością długości fali $\backslash lambda$:
• $k\backslash lambda\; =\; d\; \backslash sin\backslash alpha\_k$.

Wzór ten wskazuje, że promienie biegnące pod kątem $\backslash alpha\_k$ tworzą jasny prążek na ekranie. Liczba $k$ oznacza rząd widma.