معمای دو شکاف یانگ


قسمت اول

در زمینه خاصیت موجی و یا ذره ای بودن نور یکی از مشهورترین آزمایش هایی که انجام شده است و هنوز هم بعضأ با سوالاتی رو به روست، آزمایش دو شکاف یانگ هست که هم می توانیم خاصیت موجی نور را در اون ببینیم و هم ذره ای بودن اونو. اما توضیح دقیقی در مورد اینکه چرا اینگونه هست وجود ندارد. برای مثال وقتی ذره ای را دنبال می کنیم فقط از یک شکاف می گذره ولی وقتی نوع مشاهده خودمون رو تغییر می دیم انگار از هر دو شکاف می گذره! در این مقاله به بررسی آزمایش شکاف یانگ می پردازم و در مورد اون و روندی که از ابتدا تا به الان طی کرده است بررسی هایی رو انجام می دم.

آزمایش دو شکاف در مکانیک کوانتومی یک آزمایش است که توسط فیزیکدان توماس یانگ طراحی شده است. این آزمایش نشون میده که نور هر دوی طبیعت یا مشخصه موجی و طبیعت یا مشخصه ذره ای رو داره و این ها از هم جداشدنی نیستند. بنابراین گفته می شه که نور، به جای اینکه فقط یک موج یا یک ذره باشه، دارای دوگانگی موج-ذره است. Young-Fringesاین نتیجه هم برای الکترون ها و سایر ذرات کوانتومی درسته. آزمایش یانگ هم آزمایش ساده ای و ابزار خاصی رو نمی خواد. یک چشمه نور تکفام که در حالت حرفه ای می تونیم از لیزر استفاده کنیم ولی من با شمع هم انجام دادم!!! یک صفحه با دو شکاف بسیار باریک و یه صفحه بزرگ مثل پرده سفید ویدئو پروژکتور که بتونیم تداخل ها رو ببینیم.

یک لیزر می تونه متناسب با مقدار برق ویژه ای که به اون داده می شه یک فوتون یا چند فوتون تولید کنه. در این آزمایش یک فوتون یا چند فوتون از یک سوراخ کوچیک طی دوره زمانی خاصی خارج می شن. ما سرعت نور رو می دونیم که چنده و اینکه فاصله بین لیزر تا پرده رو هم می دونیم خب با یه محاسبه آسون می تونیم بفهمیم که چه مدت زمانی طول می کشه تا فوتون یا فوتون ها به پرده برسن. وقتی فوتون ها در یک زمان تولید می شن چیزی که روی صفحه نمایش یا پرده مشخص می شه نقاط منفرد نور هستند. اگر فوتون ها موج بودند انتظار داشتیم که روی صفحه نمایش مثل یک موج که در منطقه وسیعی حرکت می کنه گسترده بشه، اما این هرگز اتفاق نمی افته! اگر فوتون ها ذره بودن، ما انتظار داشتیم که در دو نطقه روی صفحه متصل به لیزر از طریق دو شکاف در وسط صفحه نمایش ظاهر بشن، اما این هم چیزی نیست که اتفاق بیافته!

اما خب وقتی خود آقای توماس یانگ هم این آزمایش رو انجام می داد لیزری نداشت! آقای توماس یانگ تصور می کرد که نور مثل امواج آب است. ایشون تصور می کردند که امواج نور از منبع نور مثل وقتی که ما یه سنگ ریزه کوچیک رو درون آب می اندازیم و آب حرکت موجی داره، به سمت خارج حرکت می کنه و جبه های موج به شکاف های صفحه برخورد می کنه و موج اصلی از طریق دو شکاف عبور می کنه و دو موج متفاوت از اون تشکیل می شه. فهمیدن اینکه چه طور دو موج برهمکنش می کنن تا نوارهای روشن و نوارهای تاریک (که فریز یا نوارهای تداخلی نامیده می شن)  روی صفحه نمایش تشکیل بدن، آسون بود. او گفت که تئوری اینکه نو موج است رو ثابت کرده است.

اما مشکلات بزرگی بود. اینکه نور مثل موج روی سراسر صفحه نمایش گسترده نشده بود. نور به نظر می رسید که به صورت ازدحامی از فوتون هایی هست که به صورت انفرادی به صفحه نمایش ضربه می زنن. و، به طور شگفت آور، یک فوتون منفرد می تونست با خودش تداخل کنه همون طوری که یک موج وقتی از دو شکاف رد می شد و تبدیل به دو تا می شود و بعد تداخل می کردن!

ادامه دارد …