تجربة الشقين

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 شقي يونغ.

تجربة شـِقـَيْ يونگ هي إحدى أهم التجارب الفيزيائية التي أسهمت في البحث في طبيعة الضوء و إثبات طبيعته الموجية ، ثم استخدمت في اثبات وجود خاصية موجية لجميع الجسيمات مثل الإلكترونات و غيرها .

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 ، و ينتج عنها عند استقبال الضوء على حاجز أمامهما أنماط تداخل تتميز بأهداب ضوئية شديدة الإنارة و أهداب عاتمة ، و هذا ما يشابه ظاهرتي التداخل البناء و التداخل الهدام في الأمواج . تم الحصول أيضا على نتائج مشابهة 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 و F2 الموضوعان أمام المنبع الضوئي الوحيد اللون S (طول موجته ) فيصبح الشقين بمثابة مقام منبعين ضوئيين مترابطين ( أي فرق الطور ثابت بينهما لايتغير مع الزمن).

تجربة شقي يونغ.

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 أو مساو لعدد صحيح من ، وهذا يكافئ فرقا في مسير الشعاعين الواصلين من الشقين إلى النقطة التي ترصد فيها شدة الضوء مقداره صفر أو عدد صحيح من طول الموجة الضوئية) في كل لحظة عبارة 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 أن 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 و F2 . أي أن الشدة I في هذه النقاط أكبر من مجموع الشدتين و وهذا هو التداخل 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 أن الشدة في هذه النقاط ضعيفة (بل تكون معدومة في حال كانت ) وهذا هو التداخل الهدّام destructive interference ويظهر على الشاشة بشكل أهداب مظلمة تتناوب مع الأهداب المضيئة لتشكل كلها ما يسمى بأهداب التداخل.

توزع الفوتونات على الشاشة أمام الشقين: الصورة اليمنى تمثل حالة فتح احد الشقين و الصورة اليسرى تمثل فتح الشقين معا.

 أهمية التجرية للفيزياء

Sketch of the layout of a classical optical double-slit experiment Note that lasers are commonly used today and replace the incoherent source of light and the top pinhole.

 النتائج المشاهدة

Thomas Young's sketch of two-slit diffraction, based on his observations of water waves.

${\frac {n\lambda }{b}}={\frac {x}{L}}\quad \Leftrightarrow \quad {n}{\lambda }={\frac {xb}{L}}\;,$

where

$\lambda$ is the wavelength of the light,

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

The wavefronts resulting from two pinholes.

 When observed emission by emission

Electron buildup over time