Thomas Young'ın Çift Yarık Deneyi

On dokuzuncu yüzyıl boyunca fizikçiler, büyük ölçüde Thomas Young tarafından yapılan ünlü çift yarık deneyi sayesinde ışığın bir dalga gibi davrandığı bir fikir birliğine vardı. Deneyden elde edilen görüşler ve gösterdiği dalga özellikleriyle yönlendirilen bir asırlık fizikçiler, ışığın dalgalandığı ortamı aradılar, aydınlık eter. Deney ışıkla en dikkat çekici olmasına rağmen, gerçekte bu tür deneyler su gibi herhangi bir dalga türüyle gerçekleştirilebilir. Ancak şimdilik, ışığın davranışına odaklanacağız.

1800'lerin başında (kaynağa bağlı olarak 1801 ila 1805), Thomas Young denemesini yaptı. Işığın bir bariyerdeki bir yarıktan geçmesine izin verdi, böylece bir yarıktan gelen dalga cephelerinde bir ışık kaynağı olarak genişledi (altında Huygens İlkesi). Bu ışık, sırayla, başka bir bariyerdeki yarık çiftinden geçti (dikkatlice orijinal yarıktan doğru mesafeyi yerleştirin). Her yarık, sırayla, ışığı ayrı ayrı ışık kaynaklarıymış gibi kırdı. Işık bir gözlem ekranını etkiledi. Bu sağda gösterilir.

Tek bir yarık açıldığında, gözlem ekranını yalnızca merkezde daha fazla yoğunluk ile etkiledi ve merkezden uzaklaştıkça soluklaştı. Bu deneyin iki olası sonucu vardır:

Parçacık yorumu: Parçacıklar olarak ışık varsa, her iki yarığın yoğunluğu her bir yarığın yoğunluğunun toplamı olacaktır.

Dalga yorumu: Işık dalga olarak mevcutsa, ışık dalgaları üstüste binme ilkesine göre müdahaleışık (yapıcı girişim) ve karanlık (yıkıcı girişim) bantları oluşturmak.

Deney gerçekleştirildiğinde, ışık dalgaları gerçekten de bu girişim modellerini gösterdi. Görebileceğiniz üçüncü bir görüntü, parazit tahminleriyle eşleşen, konum açısından yoğunluğun bir grafiğidir.

O zaman, bu, ışığın dalgalarda dolaştığını ve görünmez bir ortam içeren Huygen'in dalga ışık teorisinde yeniden canlanmaya neden olduğunu kesin olarak kanıtlamış gibiydi, eterhangi dalgaların yayıldığı. 1800'lü yıllar boyunca, özellikle ünlü olan Michelson-Morley deneyi, eteri veya etkilerini doğrudan tespit etmeye çalıştı.

Hepsi başarısız oldu ve bir asır sonra Einstein'ın fotoelektrik etki ve görelilik, eterin artık ışığın davranışını açıklamak için gerekli olmadığı sonucunu doğurdu. Yine bir parçacık ışık teorisi hâkim oldu.

Yine de, bir kez foton Işık teorisi ortaya çıktı, ışığın sadece ayrık kuantumda hareket ettiğini söyleyerek, bu sonuçların nasıl mümkün olduğu sorusu oldu. Yıllar geçtikçe, fizikçiler bu temel deneyi alıp birkaç şekilde araştırdılar.

1900'lü yılların başlarında, şu anda parçacık benzeri "demetler" içinde seyahat ettiği kabul edilen ışık nasıl kaldı? Einstein'ın fotoelektrik etki açıklaması sayesinde foton adı verilen niceliksel enerji de davranışı sergileyebilir dalgaların. Kuşkusuz, birlikte hareket ederken bir grup su atomu (parçacık) dalga oluşturur. Belki de benzer bir şeydi.

Bir kerede bir foton yayması için ayarlanmış bir ışık kaynağına sahip olmak mümkün hale geldi. Bu, kelimenin tam anlamıyla, yarıklar boyunca mikroskopik bilyalı rulmanları fırlatmak gibi olurdu. Tek bir fotonu algılayacak kadar hassas bir ekran ayarlayarak, bu durumda girişim desenleri olup olmadığını belirleyebilirsiniz.

Bunu yapmanın bir yolu, hassas bir filmi kurmak ve deneyi bir süre boyunca çalıştırmaktır, daha sonra ekrandaki ışık düzeninin ne olduğunu görmek için filme bakın. Sadece böyle bir deney yapıldı ve aslında, Young'ın versiyonuyla aynı şekilde eşleşti - görünüşte dalga girişiminden kaynaklanan alternatif açık ve koyu bantlar.

Bu sonuç dalga teorisini hem doğrular hem de şaşkına çevirir. Bu durumda, fotonlar ayrı ayrı yayılır. Kelimenin tam anlamıyla dalga girişiminin gerçekleşmesinin bir yolu yoktur, çünkü her foton aynı anda sadece tek bir yarıktan geçebilir. Ancak dalga etkileşimi gözlenir. Bu nasıl mümkün olabilir? Bu soruyu cevaplama girişimi, birçok ilginç yorumu ortaya çıkardı. kuantum fiziğiKopenhag yorumundan birçok dünya yorumuna kadar.

Şimdi, aynı denemeyi tek bir değişiklikle yaptığınızı varsayalım. Fotonun belirli bir yarıktan geçip geçmediğini söyleyebilecek bir dedektör yerleştirirsiniz. Fotonun bir yarıktan geçtiğini bilersek, diğer yarıktan kendisine müdahale etmek için geçemez.

Dedektörü eklediğinizde bantların kaybolduğu ortaya çıkıyor. Tam olarak aynı deneyi gerçekleştirirsiniz, ancak yalnızca daha önceki bir aşamada basit bir ölçüm eklersiniz ve deneyin sonucu büyük ölçüde değişir.

Hangi yarığın kullanıldığını ölçme hareketiyle ilgili bir şey dalga elemanını tamamen kaldırdı. Bu noktada, fotonlar tam olarak bir parçacığın davranmasını beklediğimiz gibi davrandılar. Pozisyondaki belirsizlik bir şekilde dalga etkilerinin tezahürü ile ilişkilidir.

Yıllar geçtikçe, deney bir dizi farklı yolla gerçekleştirildi. 1961'de Claus Jonsson deneyi elektronlarla gerçekleştirdi ve Young'ın davranışına uyup gözlem ekranında parazit paternleri yarattı. Jonsson'ın deneyi sürümü tarafından "en güzel deney" seçildi Fizik Dünyası 2002'de okuyucular.

1974'te teknoloji deneyi tek seferde tek bir elektron salarak gerçekleştirebildi. Yine, müdahale modelleri ortaya çıktı. Ancak yarığa bir dedektör yerleştirildiğinde, parazit bir kez daha kaybolur. Deney 1989 yılında çok daha rafine ekipman kullanabilen bir Japon ekibi tarafından tekrar yapıldı.

Deney fotonlar, elektronlar ve atomlarla yapıldı ve her seferinde aynı sonuç belirginleşir - parçacığın yarıktaki konumunu ölçmekle ilgili bir şey dalgayı kaldırır davranışı. Nedenini açıklamak için birçok teori var, ancak şimdiye kadar çoğu hala varsayım.