Janga dubultšķautnes eksperiments
Kvantu mehānikā divkāršās spraugas eksperiments ir fiziķa Tomasa Janga (Thomas Young) izstrādāts eksperiments. Tas parāda, ka gaismai piemīt gan viļņu, gan daļiņu daba vai īpašības un ka šīs īpašības ir neatdalāmas. Tāpēc par gaismu saka, ka tai ir viļņu un daļiņu dualitāte, nevis tikai viļņu vai tikai daļiņu īpašības. Tas pats attiecas uz elektroniem un citām kvantu daļiņām.
Plaisas; attālums starp augšējiem stabiņiem ir aptuveni viens collas.
Eksperiments
Šis eksperiments ir ļoti vienkāršs. Tam nepieciešama tikai tāda dubultšķēluma ierīce, kāda redzama attēlā, kaut kas, ar ko turēt dubultšķēluma ierīci nekustīgi, un labs lāzers, piemēram, tāds, kādu izmanto strādnieki, lai "zīmētu" taisnas līnijas, kad viņi būvē. Lāzers ir balstīts, lai to varētu pārvietot tikai ar nolūku. Tas ir vērsts uz centrālo punktu starp abām spraugām no aptuveni pusmetra attāluma. Kaut ko tādu kā kinoekrānu vai gludu baltu sienu novieto dubultās spraugas ierīces otrā pusē vairāku metru attālumā. Kad viss ir nostiprināts, parādās gaišo un tumšo joslu zīmējums.
Lāzeri var radīt vienu vai vairākus fotonus, ja tiem tiek pievadīts noteikts elektrības daudzums. Fotons vai fotoni izplūst no ļoti maza cauruma labi zināmā laika periodā. Gaismas ātrums ir zināms, tāpēc laiku, kad fotoni parādās uz ekrāna, var paredzēt. Kad fotoni rodas pa vienam, uz ekrāna parādās atsevišķi gaismas plankumi. Ja fotoni būtu viļņi, tad mēs sagaidītu, ka, ceļojot tie izkliedēsies un izskalosies pa plašu ekrāna laukumu, bet tā nekad nenotiek. Ja fotoni būtu daļiņas, tad mēs sagaidītu, ka tie parādīsies divos ekrāna punktos, kas caur divām spraugām vidū ir savienoti ar lāzeru. Taču arī tas nenotiek.
Kad Tomass Jangs veica šo eksperimentu, viņam nebija lāzera. Viņš to saprata, iedomājoties, ka gaisma ir kā ūdens viļņi. Viņš domāja, ka gaismas viļņi virzās no gaismas avota kā viļņi, kas izplatās no dīķī iemesta akmentiņa, un, kad viļņu frontes nonāk dubultās spraugās, tad sākotnējais vilnis iziet cauri abām spraugām, un tālāk ir divi dažādi viļņi. Bija viegli noskaidrot, kā divi viļņi mijiedarbojas, lai uz ekrāna radītu gaišas joslas un tumšas joslas (bieži sauktas par "bārkstīm"). Viņš teica, ka ir pierādījis teoriju, ka gaisma ir viļņi.
Taču bija lielas problēmas. Gaisma nerādījās uz ekrāna kā viļņi, kas to izskaloja. Gaismu sāka uztvert kā fotonu barus, kas individuāli trāpīja uz detektēšanas ekrāna. Un, ļoti pārsteidzoši, atsevišķs fotons varēja interferēt pats ar sevi, it kā tas būtu atsevišķs vilnis, kas atbilda vecajam viļņu aprakstam. Tas sadalījās divos viļņos pie divšķautņu ierīces, un tad tie apvienojās pie ekrāna.
Tāda pati ierīce, viena atvērta sprauga pret divām atvērtām spraugām (ņemiet vērā 16 bārkstis.)
J ir attālums starp bārkstīm. J = Dλ/B "D" = dist. S2 līdz F, λ = viļņa garums, B = attālums no a līdz b
Nozīme fizikā
Eksperiments ar dubulto spraugu kļuva par klasisku domas eksperimentu, jo tas skaidri izskaidroja galvenās kvantu mehānikas mīklas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir dubultšķautnes eksperiments?
A: Kvantu mehānikā divkāršās spraugas eksperiments ir eksperiments, ko 1801. gadā pirmo reizi veica fiziķis Tomass Jangs. Tas parāda, ka gaismai ir gan viļņu, gan daļiņu daba un ka šīs dabas ir neatdalāmas.
J: Kurš pirmais veica dubultšķautnes eksperimentu?
A: Eksperimentu ar dubulto spraugu pirmo reizi veica fiziķis Tomass Jangs 1801. gadā.
J: Ko parāda dubultšķautnes eksperiments?
O: Dubultšķēršļu eksperiments parāda, ka gaismai ir gan viļņu, gan daļiņu daba un ka šīs dabas ir neatdalāmas. Tāpēc par gaismu saka, ka tai ir viļņu un daļiņu dualitāte, nevis tikai viļņu vai tikai daļiņu dualitāte. Tas pats attiecas uz elektroniem un citām kvantu daļiņām.
Vai ir iespējams, ka gaisma ir tikai vilnis vai tikai daļiņa?
Atbilde: Nē, gaisma nevar būt vai nu tikai vilnis, vai tikai daļiņa; tā vietā tai vienlaicīgi piemīt gan viļņu, gan daļiņu īpašības - šo parādību sauc par viļņu un daļiņu dualitāti. Tas attiecas arī uz elektroniem un citām kvantu daļiņām.
J: Kāda veida dualitāte piemīt gaismai?
A: Gaismai piemīt tā sauktā viļņu un daļiņu dualitāte - tas nozīmē, ka tai vienlaicīgi piemīt gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Tas attiecas arī uz elektroniem un citām kvantu daļiņām.
J: Vai tas pats attiecas arī uz elektroniem?
A: Jā, tas pats princips, ka elektroniem vienlaicīgi piemīt gan viļņu, gan daļiņu īpašības, kas pazīstams kā "viļņu un daļiņu dualitāte", attiecas arī uz elektroniem un citām kvantu daļiņām.
J: Kad šo parādību sāka dēvēt par "viļņu un daļiņu dualitāti"?
A: Viļņu un daļiņu dualitāte kļuva plaši atzīta pēc tam, kad 1801. gadā Tomass Jangs (Thomas Young) eksperimentos ar dubultās spraugas eksperimentu pierādīja, ka gaismai vienlaikus piemīt gan viļņu, gan daļiņu īpašības.
