Експериментът на Йънг с двойния процеп | експеримент, който за първи път е проведен от физика Томас Йънг

Експериментът

Основната версия на този експеримент е много проста. Необходими са само устройство с двоен процеп, подобно на това на снимката, нещо, което да държи устройството с двоен процеп неподвижно, и добър лазер, например такъв, какъвто се използва от работниците, за да "чертаят" прави линии, когато строят. Лазерът е подпрян, така че да може да се премества само по предназначение. Той се насочва към централната точка между двата процепа от разстояние около половин метър. От другата страна на устройството с два процепа на разстояние няколко метра се поставя нещо като филмов екран или гладка бяла стена. Когато всичко е фиксирано, ще се появи модел от светли и тъмни ленти.

Лазерите могат да произвеждат един или повече фотони, когато им се подаде определено количество електроенергия. Фотонът или фотоните излизат от много малка дупка за известен период от време. Скоростта на светлината е известна, така че времето, за което фотоните се появяват на екрана, може да се предвиди. Когато фотоните се произвеждат един по един, това, което се появява на екрана, са отделни светлинни петна. Ако фотоните бяха вълни, тогава бихме очаквали те да се разпространят по време на движението си и да се разпръснат върху голяма площ от екрана, но това никога не се случва. Ако фотоните бяха частици, тогава щяхме да очакваме да се появят в две точки на екрана, свързани с лазера през двата процепа в средата. Но и това не се случва.

Когато Томас Йънг прави този експеримент, той няма лазер. Разбрал го, като си представил, че светлината е като водни вълни. Мислел си, че светлинните вълни се движат от източника на светлина като вълни, разпространяващи се от камъче, пуснато в езеро, и че когато фронтовете на вълните се ударят в двойния процеп, тогава първоначалната вълна преминава през двата процепа и оттам нататък има две различни вълни. Беше лесно да се разбере как двете вълни ще си взаимодействат, за да се получат светлите и тъмните ивици (често наричани "ресни") на екрана. Той каза, че е доказал теорията, че светлината е вълна.

Но имаше големи проблеми. Светлината не се появяваше на екрана като вълни, които го обливат. Светлината започна да се разбира като рояци фотони, които поотделно се удрят в екрана за откриване. И, много изненадващо, един фотон можел да интерферира сам със себе си, сякаш е единична вълна, която отговаряла на старото описание на вълните. Той се разделяше на две вълни в устройството за двойни прорези, които след това се обединяваха в екрана.

 
J е разстоянието между ресни. J = Dλ/B "D" = разстоянието. S2 до F, λ = дължина на вълната, B = разстояние от a до b  


Същото устройство, един отворен процеп срещу два отворени процепа (Обърнете внимание на 16-те ресни.)  

Значение за физиката

Експериментът с двойния процеп се превръща в класически мисловен експеримент заради ясното обяснение на основните загадки на квантовата механика.

 

Значение за философията

Експериментът с двойния процеп е от голям интерес за философите, тъй като квантовомеханичното поведение, което показва, ги принуждава да преосмислят представите си за класическите понятия като:

• "частици",
• "вълни",
• "местоположение",
• "движение от едно място на друго" и
• "наблюдение".

Опитът в микросвета на субатомните частици ни кара да преосмислим някои от най-обикновените си идеи.^[why?]

Други уебсайтове

• Квантовата физика обяснява експеримента с двойния процеп (карикатура от филма "Какво, по дяволите, знаем?")
• Филм за експеримент с двоен процеп, проведен с електрони. Можете да видите как отделни електрони се удрят в екрана и как ресните се натрупват с течение на времето.

 
Движеща се картина, показваща как една серия вълни попада в двоен процеп и създава две серии вълни, които интерферират една с друга.