thumb|Ilustracja doświadczenia Younga thumb|200px|Obraz interferencyjny widoczny na ekranie Doświadczenie Younga – eksperyment polegający na przepuszczeniu światła spójnego przez dwie blisko siebie położone szczeliny i obserwacji obrazu powstającego na ekranie. Wskutek interferencji na ekranie powstają jasne i ciemne prążki. Jasne prążki powstają w miejscach, w których światło przychodzi w zgodnej fazie (wtedy wzmacnia się), a ciemne prążki powstają w miejscach, gdzie światło przychodzi w przeciwnej fazie (wtedy wygasza się). alt=A double-slit interference of the sunlight passing through two slits ~1 cm long and ~0.5 mm apart. At the top and the bottom of the image the interference on the edge of the slit produces noticeable variation of the brightness.|mały|215x215px|Obraz interferencji światła słonecznego na podwójnej szczelinie, na ok. 1 cm długiej i rozstawie ok. 0,5 mm. Na górze i na dole prążków widać zauważalną zmianę jasności wynikającą z dodatkowej interferencji na początku i końcu szczelin.

Warunki określające jasne i ciemne prążki Jeżeli ekran znajduje się w odległości kilkaset razy większej niż odległość między środkami szczelin, to: a). warunek określający jasne prążki (maksima dyfrakcyjne) przedstawia wzór

b). warunek określający ciemne prążki (minima dyfrakcyjne) przedstawia przybliżony wzór

gdzie: – rząd prążka (dla powstaje najjaśniejszy prążek centralny), – odległość między środkami szczelin, – długość fali padającego światła, thumb|200px|Drugi promień pokonuje dodatkowo drogę BC – kąt pod jakim tworzy się -te maksimum lub minimum na ekranie (tj. kąt mierzony między prostą, określającą kierunek powstania -tego prążka a kierunkiem światła padającego na przesłonę ze szczelinami - por. rysunek)

Powyższe wzory nie są słuszne, jeżeli ekran znajduje się blisko szczelin. Do opisania pola falowego na ekranie stosuje się wtedy bardziej wyrafinowaną Fresnela.

Wyprowadzenie wzoru Od punktów A i C oba promienie mają do pokonania taką samą drogę. Zatem różnica dróg dla obu promieni jest równa BC = Z prostokątnego trójkąta ABC można wyznaczyć

Wzmocnienie nastąpi, gdy będzie równa całkowitej wielokrotności długości fali

Wzór ten oznacza, że promienie biegnące pod kątem utworzą na ekranie jasny prążek. Liczba k jest rzędem widma.

Znaczenie doświadczenia Younga Eksperyment potwierdził falową naturę światła i stanowił poważny argument przeciwko korpuskularnej koncepcji światła, której zwolennikiem był Isaac Newton. Po raz pierwszy eksperyment ten wykonał w pierwszych latach XIX w. fizyk angielski Thomas Young.

Bardziej widowiskowy i łatwiejszy sposób wykonania tego doświadczenia polega na użyciu siatki dyfrakcyjnej, czyli płytki ze szkła, na której gęsto zarysowane są rysy pełniące rolę przesłon pomiędzy szczelinami. Obraz interferencyjny widoczny w tym przypadku na ekranie jest znacznie wyraźniejszy i jaśniejszy niż przy użyciu jedynie dwóch szczelin.

Thomasa Younga zainspirowały obserwacje fal na wodzie pochodzących z dwóch różnych źródeł – ich wzajemne wzmacnianie się i osłabianie. Chcąc wykonać podobny eksperyment z użyciem światła, użył nieprzezroczystego materiału (papieru) o niewielkiej grubości. Do uzyskania spójnego światła Young przepuścił światło słoneczne najpierw przez pojedynczy mały otwór. Światło to, zgodnie z zasadą Huygensa rozchodziło się w postaci fali kulistej, a następnie docierało do kawałka papieru, który dzielił je na dwa promienie. Różnica faz promieni dochodzących do obu szczelin była cały czas jednakowa dla danej częstotliwości, a zatem były to fale spójne. Po przejściu po obu stronach papieru, promienie rozprzestrzeniały się (znów zgodnie z zasadą Huygensa) i oświetlały ekran tworząc na nim kolorowe prążki interferencyjne.

Mechanika kwantowa Doświadczenie w swojej pierwotnej formie nie budziło wielkich kontrowersji w świecie fizyki, jednak późniejsze jego modyfikacje i interpretacja w świetle mechaniki kwantowej postawiły przed fizykami znaki zapytania. Okazało się bowiem, że nawet pojedyncze fotony przechodzące przez szczeliny, tworzyły za szczelinami na światłoczułym materiale wzór interferencyjny. Typowo falowe zjawisko interferencji światła w połączeniu z jego kwantową naturą stało się przyczynkiem do zrozumienia podstaw mechaniki kwantowej – zasady nieoznaczoności i dualizmu korpuskularno-falowego.

W kwantowo-mechanicznym podejściu efekt interferencji spowodowany jest nakładaniem się funkcji falowej opisującej stan fotonu.

Zobacz też

Thomas Young 10 najpiękniejszych eksperymentów z fizyki – doświadczenie Younga

Przypisy

Younga Kategoria:Historia fizyki