Young kettős rés-kísérlete
A kettős rés kísérlet a kvantummechanikában egy Thomas Young fizikus által kidolgozott kísérlet. Megmutatja, hogy a fénynek hullámtermészete vagy jellemzője és részecsketermészete vagy jellemzője is van, és hogy ezek a természetek elválaszthatatlanok. Ezért mondják, hogy a fény hullám-részecske kettősséggel rendelkezik, és nem csak hullám vagy csak részecske. Ugyanez igaz az elektronokra és más kvantumrészecskékre is.
A rések; a felső oszlopok közötti távolság körülbelül egy hüvelyk.
A kísérlet
Ez a kísérlet nagyon egyszerű. Csak egy olyan kettős réskészülékre van szükség, mint amilyen a képen látható, valamire, ami a kettős réskészüléket mozdulatlanul tartja, és egy jó lézerre, amilyet a munkások használnak, hogy egyenes vonalakat "rajzoljanak", amikor építkeznek. A lézert megtámasztják, így csak szándékosan lehet mozgatni. A két rés közötti középső pontra irányítjuk egy kb. fél méter távolságból. A kétréses készülék másik oldalára néhány méterrel arrébb valamit, például egy filmvásznat vagy egy sima fehér falat állítanak. Amikor mindent rögzítünk, világos és sötét sávok mintázata fog megjelenni.
A lézerek egy vagy több fotont képesek előállítani, ha bizonyos mennyiségű villamos energiát kapnak. A foton vagy fotonok egy nagyon kis lyukból lépnek ki egy jól ismert időn belül. A fény sebessége ismert, így a fotonok képernyőn való megjelenésének ideje megjósolható. Amikor a fotonok egyenként keletkeznek, a képernyőn egyes fénypontok jelennek meg. Ha a fotonok hullámok lennének, akkor azt várnánk, hogy terjedésük során szétterjednek, és a képernyő széles területét beborítják, de ez soha nem történik meg. Ha a fotonok részecskék lennének, akkor azt várnánk, hogy a képernyő két pontján jelennek meg, amelyek a középen lévő két résen keresztül kapcsolódnak a lézerhez. De ez sem így történik.
Amikor Thomas Young elvégezte ezt a kísérletet, nem volt lézere. Úgy értette meg, hogy a fényt úgy képzelte el, mint a víz hullámait. Úgy gondolta, hogy a fényhullámok úgy mozognak ki a fényforrásból, mint a tóba dobott kavicsból terjedő hullámok, és amikor a hullámfrontok a kettős résbe ütköznek, akkor az eredeti hullám átjut a két résen, és onnantól kezdve két különböző hullám van. Könnyű volt kitalálni, hogy a két hullám hogyan lép kölcsönhatásba egymással, hogy a képernyőn világos és sötét sávokat (gyakran "sávoknak" nevezik őket) hozzon létre. Azt mondta, hogy bebizonyította az elméletet, miszerint a fény hullámok.
De nagy problémák voltak. A fény nem hullámokként jelent meg a képernyőn. A fényt úgy kezdték felfogni, mint fotonok raját, amelyek egyenként érik el az érzékelő képernyőt. És nagyon meglepő módon egyetlen foton is képes volt interferálni önmagával, mintha egyetlen hullám lenne, amely megfelel a régi hullámleírásnak. A kettős réses berendezésnél két hullámra vált szét, majd a képernyőnél egyesültek.
Ugyanaz a készülék, egy rés nyitva vs. két rés nyitva (Figyeljük meg a 16 sávot).
J a sávok közötti távolság. J = Dλ/B "D" = dist. S2 és F között, λ = hullámhossz, B = a és b közötti távolság.
Jelentősége a fizikában
A kettős rés-kísérlet klasszikus gondolatkísérletté vált, mivel világosan megmagyarázta a kvantummechanika központi rejtélyeit.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a kettős rés kísérlet?
V: A kettős rés kísérlet a kvantummechanikában egy olyan kísérlet, amelyet először Thomas Young fizikus végzett 1801-ben. Megmutatja, hogy a fénynek hullám- és részecske természete is van, és hogy ezek a természetek elválaszthatatlanok.
K: Ki végezte el először a kettős rés kísérletet?
V: A kettős rés kísérletet először Thomas Young fizikus végezte el 1801-ben.
K: Mit mutat ki a kettős rés kísérlet?
V: A kettős rés kísérlet azt mutatja, hogy a fénynek hullám- és részecske természete is van, és hogy ezek a természetek elválaszthatatlanok. Ezért mondjuk, hogy a fény hullám-részecske kettősséggel rendelkezik, és nem csak hullám vagy csak részecske. Ugyanez igaz az elektronokra és más kvantumrészecskékre is.
K: Lehetséges, hogy a fény vagy csak hullám, vagy csak részecske legyen?
V: Nem, nem lehetséges, hogy a fény csak hullám vagy csak részecske legyen; ehelyett egyszerre rendelkezik a hullámok és a részecskék tulajdonságaival - ezt a jelenséget hullám-részecske dualitásnak nevezik. Ez az elektronokra és más kvantumrészecskékre is érvényes.
K: Milyen típusú dualitással rendelkezik a fény?
V: A fény rendelkezik az úgynevezett "hullám-részecske kettősséggel", ami azt jelenti, hogy egyszerre rendelkezik a hullámok és a részecskék tulajdonságaival. Ez az elektronokra és más kvantumrészecskékre is érvényes.
K: Ugyanez vonatkozik az elektronokra is?
V: Igen, ugyanaz az elv, hogy egyszerre rendelkezik hullám- és részecske tulajdonságokkal - amit "hullám-részecske dualitásnak" nevezünk - az elektronokra és más kvantumrészecskékre is vonatkozik.
K: Mikor vált ez a jelenség "hullám-részecske kettősség" néven ismertté?
V: A hullám-részecske kettősség széles körben elfogadottá vált, miután Thomas Young 1801-ben a kettős réskísérlettel végzett kísérletei megmutatták, hogy a fény egyszerre rendelkezik a hullámok és a részecskék tulajdonságaival.
