معمای دو شکاف یانگ-2

قسمت دوم

در بخش اول به صورت کلی با آزمایش یانگ آشنا شدیم و دیدیم که با استفاده از این آزمایش می تونیم هر دوی خاصیت موجی و ذره ای بودن نور رو مشاهده کنیم. در ادامه بیشتر با این آزمایش ها و نتایج اون آشنا می شیم.

در 1801 میلادی، توماس یانگ  قادر به ارائه شواهد بسیار قوی برای حمایت از مدل موج نور خود بود.

  • او یک صفحه که دارای دوشکاف بود را در مقابل یک نور تک رنگ قرار داد.
  • نتایج آزمایش دو شکاف یانگ می باید اگر نور ذره باشه یا موج متفاوت باشه
    بیایید نگاهی به نتایجی که در هر دو حالت رخ می ده بندازیم و بعد ببینیم که چطور این آزمایش مدل موج را پشتیبانی می کنه.

کریستسن هویگنس فکر می کرد که نور موج هست ولی نیوتون این عقیده رو نداشت. نیوتون احساس می کرد که توضیحات دیگه ای برای رنگ و اثرهای مداخله و پراش که تا اون زمان قابل مشاهده بود وجود داره. در اینجا نظر نیوتون غالب شد. این حقیقت که اصل هویگنس کار می کرد مدرکی به اندازه کافی و مستقیم محسوب نمیشد که بگیم نور یک موج هست. سرشت موجی نور، خیلی سال های بعد، 1801، زمانی که فیزیکدان و پزشک انگلیسی یعنی توماس یانگ (1829-1773) آزمایش دوشکاف کلاسیکی خودش رو انجام داد مورد پذیرش قرار گرفت؛ که امروزه با نام آزمایش دو شکاف یانگ می شناسیم. در اینجا طول موج خالص نور به بین دو شکاف عمودی فرستاده می شه و به صورت الگویی از تعداد زیادی خطوط عمودی روی صفحه در راستای افقی پراشیده میشه. بدون پراش و تداخل، نور به سادگی دو خط روی صفحه ایجاد می کرد.

چرا ما به طور معمول رفتار موجی برای نور، مثل چیزی که در آزمایش دو شکاف یانگ مشاهده کردیم رو نمی بینیم؟ اول اینکه، نور باید با یک چیز کوچک بر همکنش کنه مثل همون شکاف های خیلی نزدیک به هم آزمایش یانگ تا اثرات موج رو به خوبی نمایش بده. به علاوه یانگ اول نور رو از یک منبع مفرد (خورشید) به یک شکاف منفرد تابوند تا بتونه یک نور رو تا حدی همدوس (منسجم و یکپارچه) کنه. با همدوسی میگیم که امواج در یک فاز هستند یا یک رابطه فازی معلوم و روشنی دارن. ناهمدوسی میگه که امواج رابطه فازی تصادفی و پراکنده دارن. پس چرا یانگ نور رو از دو شکاف عبور داد؟

جوابش اینه که دو شکاف، دو منبع نور همدوس رو فراهم میکنه که بعد از تداخل، یا سازنده هستن یا ویرانگر. یانگ از نور خورشید استفاده کرد که هر طول موجی رو در الگوی خودش تشکیل میده که همین قضیه دیدن اثر رو سخت تر می کنه. در اینجا ما آزمایش دو شکاف رو با نور تک رنگ (طول موج منفرد یا همون λ منفرد) برای بهتر روشن شدن اثر نمایش می دیم. تصویر، تداخل سازنده و ویرانگر دو موج که طول موج و دامنه یکسان دارن رو نمایش میده. دامنه موج ها اضافه میشن.(a) تداخل سازنده خالص زمانی بدست میاد که امواج یکسان در یک فاز باشن. (b) تداخل ویرانگر خالص زمانی که امواج دقیقا خارج از فاز هستند (هم فاز نیستند) یا به اندازه یک نیم طول موج شیفت (انتقال) داده شده باشن، رخ میده.

هنگامی که نور از شکاف های باریک عبور میکنه، به دو موج نیم دایره ای پراشیده میشه، مثل شکل زیر (a). تداخل سازنده خالص جایی که موج ها، قله هایشان روی هم، و دره ها یا همان فرورفتگی ها هم روی هم بیافتد رخ میده. در مورد تداخل ویرانگر خالص هم میشه گفت زمانی که قله یک موج روی دره موج دیگه بیافته، رخ میده. نور باید روی صفحه بیافته و در چشم های ما پراکنده بشه تا بشه با چشم این الگو رو دید. یک الگوی آنالوگ برای امواج آب در شکل (b) نشان داده شده. توجه کنید که مناطق دارای تداخل سازنده و ویرانگر از شکاف ها در زوایای به خوبی تعریف شده به سمت پرتوی اصلی حرکت می کنن. این زوایا به طول موج و فاصله بین شکاف ها بستگی داره. در شکل میتونید ملاحظه کنید.

دو شکاف، دو منبع همدوس امواج رو که تداخل می کنن تولید میکنه. (a) نور به بیرون از هر شکاف پراکنده می شه (پراشیده میشه)، چون شکاف ها خیلی باریک هستن. این امواج با هم به صورت سازنده (خطوط روشن) و ویرانگر (مناطق تیره و تاریک) همپوشانی و تداخل می کنن. ما فقط میتونیم این رو ببینیم وقتی که نور به روی صفحه میافته و در چشم های ما پراکنده میشه. (b) الگوی تداخلی دو شکاف برای امواج آب تقریبا مشابه نور هست. عملکرد موج در در مناطق تداخل سازنده بزرگتر و در مناطق تداخل ویرانگر حداقل هست. (c) زمانی که نور از بین شکاف ها عبور داده شد روی صفحه نمایش میافته که میتونیم الگوی اون رو ببینیم.

برای فهم الگوی تداخل دو شکاف، ما چگونگی حرکت دو موج رو وقتی که از شکاف عبور می کنن تا به صفحه نمایش برسن در نظر میگیریم…… (ادامه مطلب)

ثبت نام در سایت

ارسال جدیدترین مقالات به ایمیل شما

متشکریم از ثبت نام شما

متاسفانه ثبت نام انجام نشد

مطالب مرتبط

پاسخی بگذارید

ثبت نام در سایت

ارسال جدیدترین مقالات به ایمیل شما

متشکریم از ثبت نام شما

متاسفانه ثبت نام انجام نشد