تجربة الشقين
| ميكانيكا الكم | ||||||||||||||
|
| ||||||||||||||
|
مقدمة ... الصياغة الرياضية لميكانيك الكم
| ||||||||||||||
|
نفس الجهاز, شق واحد مفتوح ثم الشقان مفتوحان
|
|
الشقان; المسافة بين العمودين العلويين هي تقريباً بوصة واحدة.
|
|
Single-slit diffraction pattern
|
|
Double-slit diffraction and interference pattern
|
تجربة شـِقـَيْ يونگ هي إحدى أبرز التجارب الفيزيائية التي أسهمت في البحث في طبيعة الضوء وإثبات طبيعته الموجية ، ثم استخدمت في اثبات وجود خاصية موجية لجميع الجسيمات مثل الإلكترونات وغيرها .
تعتمد تجربة شقي يونغ على انعراج الضوء عند شقين رفيعين في حاجز مانع للضوء ، حيث يقوم الإنعراج بتحويل كلا الشقين إلى منبعين ضوئيين متشابهين مترافقين ، وينتج عنها عند استقبال الضوء على حاجز أمامهما أنماط تداخل تتميز بأهداب ضوئية شديدة الإنارة وأهداب عاتمة ، وهذا ما يشابه ظاهرتي التداخل البناء والتداخل الهدام في الأمواج . تم الحصول أيضا على نتائج مماثلة عند استبدال الحزم الضوئية ( حزم الفوتونات ) بحزم الكترونية مما كان احد اثباتات مثنوية الموجة-جسيم .
تجربة شقي يونگ الضوئية
في هذه التجربة قام توماس يونگ، عام 1801، بتمرير حزمة ضوئية عبر شقين ضيقين F1 وF2 الموضوعان أمام المنبع الضوئي الوحيد اللون S (طول موجته ) فيصبح الشقين بمثابة مقام منبعين ضوئيين مترابطين ( أي فرق الطور ثابت بينهما لايتغير مع الزمن).
يصل الضوء من كلا المنبعين إلى مختلف نقاط الشاشة، وتكون سعة الاهتزاز E في النقاط التي تصل إليها الأمواج الضوئية متفقة في الطور (أي بفرق طور معدوم أومساولعدد سليم من ، وهذا يكافئ فرقا في مسير الشعاعين الواصلين من الشقين إلى النقطة التي ترصد فيها شدة الضوء مقداره صفر أوعدد سليم من طول الموجة الضوئية) في جميع لحظة تعبير عن مجموع سعتي الاهتزاز الوارد من الشقين:
E` = E1 - E2 .
أما في النقاط التي تصل إليها الأمواج على تعاكس في الطور ( فرق الطور بينها عدد فردي من أي فرق المسير عدد فردي من ) فتكون السعة المحصلة هي فرق السعتين . وبما حتى شدة الضوء I تتناسب مع مربع سعة الاهتزاز ( I:E2) فتكون شدة الضوء في النقاط الأولى (التي تصل إليها الأمواج متفقة في الطور) :
أي :
حيث و هما شدتا الضوء الوارد من الشقين F1 وF2 . أي حتى الشدة I في هذه النقاط أكبر من مجموع الشدتين و وهذا هوالتداخل البنّاء constructive interference ويظهر على الشاشة بشكل مناطق شديدة الإضاءة تدعى الأهداب المضيئة. وتكون شدة الضوء في النقاط الثانية (التي تصل إليها الأمواج متعاكسة في الطور):
أي حتى الشدة في هذه النقاط ضعيفة (بل تكون معدومة طالما كانت ) وهذا هوالتداخل الهدّام destructive interference ويظهر على الشاشة بشكل أهداب مظلمة تتناوب مع الأهداب المضيئة لتشكل كلها ما يسمى بأهداب التداخل.
أهمية التجرية للفيزياء
النتائج المشاهدة
- where
- b is the separation of the slits, the distance between A and B in the diagram to the right
- n is the order of maximum observed (central maximum is n=0),
- x is the distance between the bands of light and the central maximum (also called fringe distance), and
- L is the distance from the slits to the screen centerpoint.
النسخة الكمومية من التجربة
When observed emission by emission
المصادر
- ^ Tony Rothman, Everything's Relative and Other Fables in Science and Technology (Wiley, 2003)
