Интерференционный опыт Юнга

Традиционный эксперимент области физики может скрывать в себе знания о природе реальности, о которых мы не догадывались.

Опыт Юнга (эксперимент на двух щелях) – эксперимент, проведённый Томасом Юнгом и ставший экспериментальным доказательством волновой теории света. Результаты эксперимента были опубликованы в 1803 году. Опыт Юнга на данный момент является самой большой загадкой в квантовой механике.

В опыте пучок монохроматического света (одноцветного света – электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале – одной частотой (длиной волны) – лазер, свет пропущенный через цветное стекло) направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого устанавливается проекционный экран.

Особенность прорезей в том, что их ширина приблизительно равна длине волны излучаемого света. На проекционном экране получается целый ряд чередующихся интерференционных полос, что и было продемонстрировано Томасом Юнгом. Этот опыт демонстрирует интерференцию света, представленную на рис.1, что является доказательством справедливости волновой теории.

Рис. 1 – интерференция синего, красного и белого света

Интерференционная картина – это чередование светлых и темных полос на экране (максимумов и минимумов), энергия световых волн никуда не исчезает, а только перераспределяется, создавая такую картину.

Если исходить из того, что свет состоит из частиц (корпускулярная теория света), то на проекционном экране можно было бы увидеть только две параллельные полосы света, прошедшие через прорези экрана-ширмы расположенного между источником света и проекционным экраном, а весь проекционный экран оставался бы практически неосвещенным за исключением двух полос, что показано на рис. 2.

Рис. 2 – Корпускулярная теория света

С другой стороны, если предположить, что свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая прорезь является источником вторичных волн.

Если вторичные волны, достигнут линии в середине проекционного экрана, находящейся на равном удалении от прорезей, в одной фазе, то на серединной линии экрана их амплитуды сложатся, что создаст максимум яркости. То есть, максимум яркости окажется там, где, согласно корпускулярной теории, яркость должна быть практически нулевой.

Распространению движения волн на поверхности воды через прорези в экранах соответствует рис.3, а так же соответствует распространению света через прорези.

Рис. 3 – Волновая теория света

С другой стороны, на определённом удалении от центральной линии волны окажутся в противофазе — их амплитуды компенсируются, что создаст минимум яркости (тёмная полоса). По мере дальнейшего удаления от средней линии яркость периодически изменяется, возрастая до максимума и снова убывая.

Данный опыт доказывает волновую природу света. В окружающем нас мире и во  вселенной не только информация может распространяться со скоростью, многократно превышающей скорость света, но и сам факт наблюдения может изменять результаты экспериментов. Поведение структурных единиц (фотонов, электронов, атомов и др.) изменяется в зависимости от того, наблюдаем ли мы за ними или нет. Данные факты были установлены в ходе проведения опытов, основанных на опыте Юнга.

Рис. 4 – Опыт Томаса Юнга

У нас есть источник света, который испускает фотоны (в других более поздних опытах проведения данного эксперимента использовались электроны, запущенные по одиночке и даже молекулы вещества). Фотоны проходящие сквозь две прорези в пластине, должны были засветить проекционный экран позади нее, так как изображено на рис. 2. Но на самом деле, на экране позади пластины получалось такое изображение, что как будто через пластину пропускали не по одному фотону, а сразу несколько.

Данное явление - одно из самых загадочных явлений в квантовой физике, один объект (фотон, электрон, частица, молекула) может быть в двух местах одновременно. Этот факт озадачил ученых, они стали наблюдать за данным процессом, как поведет себя один электрон, когда его пропустят через пластину с двумя прорезями. Как один электрон может пройти в обе прорези?

В ходе длительных экспериментов ученые проследили за движением фотонов, электронов и других частиц независимо от их размера. Ученые наблюдали не только за тем, что происходит на экране позади пластины, но и за непосредственным моментом прохождения частиц сквозь прорези в пластине и результат их ошеломил.

Когда ученые наблюдали за процессами прохождения электронов через прорези, то они в хаотическом порядке пролетали по очереди то в одну, то в другую прорезь и на экране через некоторое время появлялось изображение соответствующее рис. 2. Только стоило ученым перестать наблюдать за данным процессом (за прохождением электронов через прорези), то электроны сразу начинали вести себя как волны, а экран фиксировал их интерференцию, изображение соответствующее рис. 1.

Как ни странно, но результат эксперимента зависел от того, наблюдаем ли мы за его проведением (движением электронов) или нет. Если мы не наблюдаем за объектами, то они ведут себя как волны, но если мы начинаем наблюдение, то они становятся частицами (подобно небольшим шарикам, пролетающие сквозь разные прорези и ударяющие в экран, оставляя след на нем). Этот факт изменчивости свойств электрона в зависимости от того, находится ли он под наблюдением или нет, называется, как ни странно, принципом квантовой неопределенности.

И вот тут-то начинается самое интересное… Факт нашего наблюдения кардинально изменяет свойства и поведение объекта (электрона и др.). Из данного можно сделать лишь один вывод, что факт наличия наблюдателя (допустим человека) оказывает влияние на всё, что его окружает и коренным образом меняет свойства объектов. По сути, ведь всё, что нас окружает, состоит из атомов, которые в свою очередь состоят из более мелких частиц (электрон, протон, нейтрон и т.д.).

Для того, чтобы произвести исследования, нужно взаимодействовать с системой, - направляя на нее луч, мы видим ее отражение. Именно так можно определить, что какой-либо объект находится в конкретном месте. Мы видим отраженный от него свет, но это справедливо для крупных, больших объектов. Частицы микромира чувствительны к свету, который может менять их поведение.

В пространстве микромира, фотоны примерно равны размерам частиц и могут оказывать на них влияние, когда мы направляем свет на систему, чтобы ее рассмотреть. Как свет может менять не только направление движения объектов, но и саму природу!? Увеличивая длину волны света, с помощью которого мы следим за электронами, мы делаем статистическое поведение электронов более похожим на волны. И как только длина волны будет равна расстоянию между двумя щелями (то есть нельзя узнать, какую из щелей преодолел электрон), электроны вновь будут давать обычную интерференционную картину.

Опыт Юнга с Двумя щелями

Quantum Physics:

Double Slit Experiment & Consciousness

(Квантовая физика:

эксперимент с двойной щелью и сознание)

Мы своим присутствием и наблюдением влияем и изменяем свойство того, что нас окружает, что и доказывают данные опыты…

Так что же действительно происходит вокруг нас, когда никто не наблюдает? Волны электромагнитного происхождения полностью не изучены.

Все предметы вокруг нас, все живые организмы и мы сами  состоим из атомов, а атомы в свою очередь из еще более мельчайших частиц. Мы видим лишь самую малость вокруг себя, а какой же МИР на самом деле скрывается за этой ширмой, за гранью нашего представления?

МИР электрических и электромагнитных взаимодействий, какой же он???