Эксперимент с двойной щелью в квантовой механике - это эксперимент, разработанный физиком Томасом Янгом. Он показывает, что свет имеет как волновую природу или характеристику, так и природу или характеристику частицы, и что эти природы неразделимы. Поэтому говорят, что свет обладает дуализмом волна-частица, а не является только волной или только частицей. То же самое относится к электронам и другим квантовым частицам.
Эксперимент Юнга с двойной щелью
Эксперимент
Этот эксперимент очень прост. Для него требуется только устройство с двойной щелью, как на рисунке, что-то, что удерживает устройство с двойной щелью неподвижно, и хороший лазер, такой как тот, который используется рабочими для "рисования" прямых линий во время строительства. Лазер поддерживается так, чтобы его можно было перемещать только специально. Он направлен на центральную точку между двумя щелями с расстояния около полуметра. По другую сторону устройства двойной щели на расстоянии нескольких метров ставится что-то вроде киноэкрана или гладкой белой стены. Когда все будет зафиксировано, появится узор из светлых и темных полос.
Лазеры могут производить один или несколько фотонов при подаче определенного количества электричества. Фотон или фотоны выходят из очень маленького отверстия в течение хорошо известного периода времени. Скорость света известна, поэтому время появления фотонов на экране можно предсказать. Когда фотоны выпускаются по одному, на экране появляются отдельные световые пятна. Если бы фотоны были волнами, то мы бы ожидали, что они будут распространяться по мере движения и размазываться по всей площади экрана, но этого никогда не происходит. Если бы фотоны были частицами, то мы бы ожидали, что они появятся в двух точках экрана, соединенных с лазером через две щели в центре. Но этого тоже не происходит.
Когда Томас Янг проводил этот эксперимент, у него не было лазера. Он понял его, представив, что свет похож на волны воды. Он думал, что световые волны распространяются от источника света подобно волнам, распространяющимся от камешка, опущенного в пруд, и что когда фронты волн попадают в двойные щели, то первоначальная волна проходит через две щели, а дальше идут две разные волны. Было легко понять, как две волны будут взаимодействовать, чтобы создать светлые и темные полосы (часто называемые "бахромой") на экране. Он сказал, что доказал теорию о том, что свет - это волны.
Но были и большие проблемы. Свет не отображался на экране в виде волн, омывающих его. Свет стали понимать как рой фотонов, которые по отдельности попадают на экран детектора. И, что очень удивительно, одиночный фотон мог интерферировать сам с собой, как если бы он был одной волной, которая подходила под старое волновое описание. Он разделялся на две волны в устройстве с двойной щелью, а затем они объединялись на экране.
Значение для физики
Эксперимент с двойной щелью стал классическим мыслительным экспериментом благодаря четкому объяснению центральных загадок квантовой механики.
Вопросы и ответы
В: Что такое эксперимент с двойной щелью?
О: Эксперимент с двойной щелью в квантовой механике - это эксперимент, который был впервые проведен физиком Томасом Янгом в 1801 году. Он показывает, что свет имеет как волновую природу, так и природу частицы, и что эти природы неразделимы.
В: Кто впервые провел эксперимент с двойной щелью?
О: Эксперимент с двойной щелью был впервые проведен физиком Томасом Янгом в 1801 году.
В: Что показывает эксперимент с двойной щелью?
О: Эксперимент с двойной щелью показывает, что свет имеет как волновую природу, так и природу частицы, и что эти природы неразделимы. Поэтому говорят, что свет обладает дуализмом волна-частица, а не является только волной или только частицей. То же самое верно для электронов и других квантовых частиц.
В: Возможно ли, чтобы свет был либо только волной, либо только частицей?
О: Нет, свет не может быть ни просто волной, ни просто частицей; напротив, он обладает одновременно свойствами волны и частицы - это явление известно как дуализм волна-частица. Это также относится к электронам и другим квантовым частицам.
В: Каким типом дуальности обладает свет?
О: Свет обладает так называемым "дуализмом волна-частица" - это означает, что он обладает одновременно свойствами волн и частиц. Это также относится к электронам и другим квантовым частицам.
В: Применимо ли то же самое и к электронам?
О: Да, тот же принцип одновременного обладания свойствами волн и частиц - известный как "дуализм волна-частица" - применим и к электронам и другим квантовым частицам.
В: Когда это явление стало известно как "дуализм волна-частица"?
О: Дуализм волна-частица получил широкое признание после того, как эксперименты Томаса Юнга в 1801 году с двойной щелью показали, что свет обладает одновременно свойствами волн и частиц.