Dvojitý-rozřízl experiment

dvojitý-rozřízl experiment sestává z pouštění světlo diffract přes dvě štěrbiny produkovat fringes na obrazovce. Tito fringes nebo rušivé vzory mají lehké a tmavé oblasti odpovídat kde světelné vlny mají konstruktivně a ničivě překážel. experiment může také být vykonáván se svazkem elektronů nebo atomy, ukazovat podobné interferenční obrazce; toto je vzato jako důkaz”mávat-dualita částečky” vysvětlil to kvantovou fyzikou.

Ačkoli dvojitý-experiment štěrbiny je nyní často odkazoval se na v souvislosti s kvantovými mechanikami, to bylo původně vykonáváno anglickým vědcem Thomas Young nějaký čas kolem 1805 v pokusu vyřešit problém zda světlo bylo složeno z částeček (“korpuskulární” teorie); nebo poněkud sestával z vln cestování přes některé aether, spravedlivé jak zdravé vlny cestují ve vzduchu.

Interferenční obrazce pozorované v experimentu vypadaly, že vyvrátí korpuskulární teorii a vlnová teorie světla zůstala dobře přijímaná until brzy 20. století, když důkaz začal k accumlate, který se zdál místo toho potvrdit částečkovou teorii světla.

Dvojitý-experiment štěrbiny pak stal se klasikem “gedanken” nebo experiment myšlenky pro jeho jasnost v vyjadřovat centrální hádanky kvantové mechaniky; ačkoli v této podobě experiment nebyl vlastně hrál until 1961 (používat electons), a ne until 1989 ve formě “jednoho elektronu v době”.

V září 2002, dvojitý-experiment štěrbiny byl zvolen “nejkrásnějším experimentem” čtenáři Svět fyziky.

Vysvětlení experimentu

V Young je originální experiment, sluneční světlo projde nejprve přes jedinou štěrbinu, a pak přes dva tenké svislé řezy v jinak pevných bariérách, a je pak prohlížen na zadní obrazovce.

Když jedna štěrbina je pokryta, jediný vrchol je sledován na obrazovce od světla procházet jinou štěrbinou.

Ale když obě štěrbiny jsou otevřené, místo toho sumy těchto dvou pozoruhodných vrcholů, které byly by čekal jestliže světlo bylo vyrobeno z částeček, vzor světla a tmavý fringes je sledován.

Tento vzor fringes byl nejlépe vysvětlen jak interference světla mává, zatímco oni recombined poté, co prošel štěrbinami, hodně jak vlny ve vodě recombine vytvořit vrcholy a se zvětší. V jasnějších bodech, tam je “konstruktivní překážení”, kde dva “vrcholy” ve světelné vlně splývat jak oni dosáhnou obrazovky. V tmavějších bodech, “destruktivní překážení” nastane kde vrchol a koryto nastanou spolu.

Experiment myšlenky

dvacátýma léty, různé jiné experimenty (takový jako photoelectric účinek) demonstroval, že světlo ovlivňuje se s záležitostí jen v jednotlivý, “quantum “- tříděné balíky volaly fotony.

Jestliže sluneční světlo je nahrazené světelným zdrojem, který je schopný produkovat spravedlivý foton u času a obrazovky je citlivý dost objevit jediný foton, Youngův experiment může, teoreticky, být vykonával jeden foton v době - s totožnými výsledky.

Jestliže jedna štěrbina je pokryta, fotony jednotlivce bít do obrazovky, v průběhu doby, tvořit strukturu s jediným vrcholem - hodně jak jestliže výstřel byl bytí uboze zaměřené na cíl.

Ale jestliže boths štěrbiny jsou zleva otevřené, vzor fotonů bít do obrazovky, v průběhu doby, znovu stane se sérií světla a tmavý fringes.

Tento výsledek zdá se k oběma potvrdit a popřít teorii vlny. Na jednu stranu, interferenční obrazec potvrdí, že světlo ještě se chová hodně jako vlna, ačkoli my pošleme tomu jednu částečku v době.

Na druhé straně, každý čas foton s jistou energií je vydáván, obrazovka objeví foton se stejnou energií. Protože fotony jsou vydával jednoho v době, fotony nejsou rušivé spolu navzájem; tak co je “překážení” s?

Moderní kvantová teorie vyřeší tyto otázky tím, že postuluje vlny pravděpodobnosti, které popisují pravděpodobnost nálezu částečka na daném místě; tyto vlny překážejí spolu navzájem úplně jako obyčejné vlny dělat.

Refinement tohoto experimentu spočívá v dosazení detektor u každého dvou štěrbin, určovat kterou štěrbinu foton projíždí na jeho cestě k obrazovce. Ale když experiment je uspořádán tímto způsobem, fringes mizet - pro důvody příbuzné kolapsu funkce vlny.

Podmínky pro rušení

Vlny překážet muset být logický, ie světlo má stejný frekvence a je ve stejné fázi. V Young je experiment, toto bylo dosáhl tím, že projde kolem světla přes první štěrbinu, a proto diffracting to, produkovat koherentní vlnu; toto více typicky dosáhl nyní tím, že používá laser a odstraňuje první štěrbinu.

Zdroj musí být polarizovaný nebo mít významně rozhodnuté role ve stejném letadle.

Štěrbiny musí být blízko (asi 1000 měří vlnovou délku zdroje), jinak interferenční obrazec byl by příliš blízký být viděn.

Šířka štěrbin je obvykle mírně menší než vlnová délka (a lambda;) světla; toto dovolí štěrbinám být zpracovaný jako bod-zdroje kulových vln, a redukoval účinky jediné štěrbiny difrakce na výsledkách.

Výsledky poznamenaly

Jasné skupiny pozorované na obrazovce se stanou, když světlo překáželo konstruktivně - kde hřeben vlny se setká s hřebenem. Tmavé oblasti ukazují destruktivní překážení - hřeben se setká s korytem.

Rovnice spojovat oddělení štěrbiny s, vlnová délka světla a lambda;, vzdálenost ze štěrbin k obrazovce D, a okrajová šířka (vzdálenost mezi centry pozorovaných kapel světla - x) existuje:

a lambda; / s = x / D

Toto je jen přiblížení a se spoléhá na určité podmínky.

To je možné přijít na vlnovou délku světla používat tuto rovnici a nad aparátem. Jestliže s a D být známý a x je sledován pak a lambda; moci být snadno spočítán.

Vidět optický jev, Mávat-dualita částečky

Vnější spojení:

• “Dvojitý rozříznutý experiment”: http://physicsweb.org/article/world/15/9/1