Как сделать опыт юнга в домашних условиях

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 04.10.2024

Все материалы добавляются пользователями. При копировании необходимо указывать ссылку на источник.

Естественные источники света некогерентны, поэтому от них невозможно наблюдать интерференционную картину. Однако если световой поток от естественного источника разделить на два, а затем свести вместе, то можно наблюдать устойчивую интерференционную картину. Впервые это удалось осуществить английскому учёному Томасу Юнгу (рис. 168).

Рис. 168

Солнечный свет падал на экран с узкой щелью. Световая волна, прошедшая через эту щель, падала на экран с двумя щелями такой же ширины, находящимися на расстоянии порядка нескольких микрон (рис. 168, а). В результате деления фронта волны световые волны, идущие от щелей, были когерентными и создавали на экране устойчивую интерференционную картину. Ход лучей изображён на рис. 168, б. При условии, что , и поэтому лучи практически параллельны, а угол мал, и поэтому , из рассмотрения хода лучей можно получить условия интерференционных максимумов и минимумов на экране:

(3.34)

где — координата точки на экране, — оптическая разность хода.
В свою очередь, равно геометрической разности пути, умноженной на показатель преломления :

В данном случае (воздух). Однако п следует учитывать во всех случаях, когда интерферирующие лучи (или один из них) распространяются в средах с показателем преломления, отличным от единицы. Кроме того, к оптической разности хода следует добавлять в случае отражения света от оптически более плотной среды (среды с большим показателем преломления), например при рассмотрении интерференции на тонких пленках.

Поскольку солнечный свет содержит электромагнитные волны разной длины (соответственно, разного цвета), то интерференционная картина представляла собой чередующиеся полоски, окрашенные во все цвета радуги. Каждому цвету (каждой длине волны монохроматического света) соответствует своя разность хода. Юнг впервые измерил длины волн в разных областях видимого света, рассчитав их по формуле:

(3.35)

где …

Совпадение нулевых максимумов для различных длин волн означает, что в центре экрана белая полоска. Для остальных, как видно из (3.35), чем больше длина волны, тем дальше отстоит максимум от центра.

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Martian

Репутация: 18

Очень часто в серьезных научных передачах и документальных фильмах упоминают неоднозначный опыт Юнга.
Если не представляете о чем речь, можете посмотреть это видео.

Интерес вызывает вопрос о зависимости результата от наблюдателя. Верите ли вы в мистические свойства наблюдателя?
Пишите свое мнение, обсудим.

Dimka

Репутация: 135

Martian

Репутация: 18

Уважаемый Дмитрий, это имеется ввиду что фотон, может проявлять себя как волна или частица. Это называется корспускулярно - волновой дуализм. И если это волна- проходя проходя через щели она распадается на 2, эти волны и интерферируют. Если у Вас по этому вопросу есть свое мнение давайте с ним познакомимся. Для меня же интересен вопрос с наблюдателем. Интересна будет Ваша точка зрения по влиянию наблюдателя.

Dimka

Репутация: 135

Я вас не спрашиваю, как это называется. Я спрашиваю, как вы её - интерференционную картину одного фотона - разглядывать собрались? И чем?

Martian

Репутация: 18

Что Вы, уважаемый, это не я разглядывать собираюсь. Это ученые, уже как 100 лет назад провели опыт, и прдолжают совершенствовать методы, у них для этого все есть. А от Вас, Дмитрий, ожидается мнение об этом опыте и в частности влияния наблюдателя, ждем с нетерпеньем.

foodie

Репутация: 101

Нет, я придерживаюсь научной картины мира, где наблюдатель влияет на результат не из-за какой-то мистики, а потому, что процесс наблюдения воздействует на наблюдаемую систему. Когда вы светите фонариком на темную стену, то вы обстреливаете её кучей фотоном, но стена большая, ей похер, а когда вы начинаете обстреливать кучей фотона что-то соизмеримое с самими фотонами по размерам, то вы явно повлияете на результат.

EvgPisch

"И опыт, сын ошибок трудных. "

Репутация: 15

Dimka

Репутация: 135

Учёные-то опыт провели. Но терзают меня сомнения, что вы вообще понимаете, как этот опыт проводился, и что именно в этом опыте наблюдалось.

Итак, в третий раз спрашиваю: если строго один фотон пролетел от источника до экрана/детектора, что такое его "интерференционная картина", и чем конкретно вы её будете разглядывать?

gwtg

Репутация: 2

Martian

Репутация: 18

Foodie, а что скажете про доклад ученого, в прикрепленном роке? Что можно сказать об отложенном стирании?

foodie

Репутация: 101

Foodie, а что скажете про доклад ученого, в прикрепленном роке? Что можно сказать об отложенном стирании?

Я выдержал где-то секунд 10 — омерзительный перевод. Если не поленюсь, то поищу и посмотрю в оригинале, впрочем, я сам не квантовый физик, поэтому придерживаюсь того, что лучше разделять мнение, которого придерживается большинство экспертов в данной области. Так что если там изложения современная научная позиция, то там мистики никакой быть и не должно, а должно быть объяснение как и почему сам факт измерения влияет на измеряемые свойства, если же там изложения какая-то теория этого бородача, с которой научная общественность несогласна, то я заочно, без разбирательств, буду считать его лженаучным фриком.

gwtg

Репутация: 2

Dimka

Репутация: 135

В таких роликах ничего не объясняют, там презентуют "чудо". Про мистику бородач не говорил, он пытался донести до аудитории понятие квантовой запутанности, и как оно проявляется. Но поскольку упор в рассказе сделан на шоу для рядового американца, результат его стараний мы наблюдаем в топике.

Особенно омерзительны многочисленные мультфильмы в интернетах, где фотон подлетает к щелям, "клонируется", и через обе щели летят уже два фотона. Это попросту трансляция мракобесия от одних непонимающих к другим - жаждущим чудес.

Поэтому я и ставлю вопрос об "интерференционной картине одного фотона". Всякий должен чётко представлять, как проходит опыт. Выпускается строго один фотон, летит и ударяется в экран детектора. Что можно увидеть в результате, и что это означает? В таких делах нужно чётко отделять реальность от теоретических нагромождений. Обыватель, не видевший скучной реальности опыта, хватается за "жареную сенсацию" "поразительной теории" - и всё, пОциент готов.

Примечательно, что топикстартер категорически отказывается отвечать на вопрос, что он увидит на экране от одного фотона. Ему ж мистика интереснее.

EvgPisch

"И опыт, сын ошибок трудных. "

Репутация: 15

Возвращаясь к "опыту Юнга" следует добавить, что Томас Юнг никогда опыта с одиночным фотоном не проводил, тогда о них ещё не знали.
Подобный эксперимент проводился в 1949г с одиночными электронами, но интерференционная картинка фиксировалась на фотопластинке и соответственно не от одиночного электрона, а от многих, не смотря на то, что испускались они по одному.

Dimka

Репутация: 135

интерференционная картинка фиксировалась на фотопластинке и соответственно не от одиночного электрона, а от многих, не смотря на то, что испускались они по одному.

Именно! Интерференционная картина как распределение вероятностей - это не более чем статистика по многим-многим фотонам/электронам. Её нельзя получить по одному фотону, как нельзя услышать хлопок одной ладони.

Каждый отдельный фотон/электрон пролетает и ударяется в экран строго в одной точке. Т.е. опыт выглядит так: пустили фотон и на матрице детектора/фотопластинке в каком-то месте появился один засвеченный пиксел. Всё! Ничего там больше нету. Посчитать это мистикой может только законченный мракобес.

А то, что фотон на щелях может отклониться от прямолинейного движения, и поэтому создана чисто умозрительная теория про волны и их фазовые взаимные компенсации - это совершенно другой вопрос. Теория - это лишь теория, а не сама реальность. Да, фотон - такой вот неоднозначный на микроуровне, "квантовые" эффекты у него проявляются. Ну и что? А солнце всходит на востоке, а Волга впадает в Каспийское море. Где тут чудеса и знамения?

В интернетах же дилетанты всё наоборот делают: услышат теорию, опыта даже не видели и не представляют, и начинают делать заявления, что мир, дескать должен быть таким (якобы наукой установлено), а он не совсем такой - значит мистика.

Кто ищет мистику, тот её завсегда найдёт. Даже в дуршлаге с макаронами Бога узреет.

gwtg

В "опыте Юнга" электроны (фотоны) из электронной (фотонной) пушки пролетают через одну или две щели в преграде и оставляют след на экране.

При пролете через одну щель электроны оставляют одну полоску на экране напротив щели, как будто, электрон - частица.

Интересное происходит при пролете через 2 щели в преграде.

При пролете через две щели электроны проявляют себя как волна (интерференционная картина из множества полос как результат наложения 2 волн, исходящих из каждой щели). Позже этот опыт усовершенствовали до такой степени, что смогли стрелять не пучком электронов, а отдельными электронами. Для интереса решили наблюдать , через какую из 2 щелей пролетел каждый электрон. И под наблюдением к изумлению ученых на экране появились две полоски (то есть, электроны вели себя как частицы).

Что значит "наблюдать"? Это значит, на пути полета частицы ставился специальный детектор, который подавал сигнал, если через него пролетала частица.

Получается 2 возможных варианта:

1. Поведение электрона зависит от того, ведется ли за ним наблюдение или нет.

2. На электрон влияет то техническое устройство ("детектор"), которое фиксирует через какую щель он летит

К еще большему удивлению ученых выяснилось, что результат одинаков для разных видов детекторов, точнее для разных технологий наблюдения. При чем, тот же результат для фотонов и некоторых других частиц. Наблюдение влияет поведение.

У очень серьезных ученых возникла ненаучная мистическая гипотеза, что на поведение частиц влияет информация о записи данных. Чтобы разобраться с этим, решили усложнить опыт так, чтобы полностью исключить влияние детектора. Решили обхитрить природу. Каким образом? Поставили эксперимент так, чтобы детектор срабатывал ПОСЛЕ того как частица уже проявила себя либо как частица, либо как волна.

Как именно стираются данные? Квантовым методом. Это называется "Эксперимент квантового ластика". (иностранное слово "Ластик" - это аналог стирательной резинки, то есть, средство удаления информации).

Вот самое главное оттуда:

Основной результат эксперимента заключается в том, что не имеет значения, был процесс стирания выполнен до или после того, как фотоны достигли экрана детектора.[1][2]

В чем суть эксперимента? В начале пути полета фотона к экрану его помечают определенным образом, чтобы знать через какую щель он пролетит. И тогда, будучи помеченным, он оставляет на экране точечный след, как частица. А, если на пути полета к экрану с этого же фотона снять уже поставленную метку (стереть квантовым ластиком), то, этот фотон оставит на экране след как волна (интерференционная картина).

А теперь самое интересное. У этого эксперимента есть вариант с возможностью удалить информацию "после того как", после того как фотон достигнет экрана. И о чудо! Выяснилось, что если метку стереть уже "после того как", то это стирание влияет на след на экране оставленный ранее! То есть, будущее действие повлияло на прошлое событие.

Этот вариант эксперимента называется "Эксперимент квантового ластика с отложенным выбором".

Возникает вопрос: каким образом можно стереть метку с фотона после того как он уже прилетел на экран? Разве такое возможно?

Возможно! Для этого из одного фотона создают два, каждый из которых обладает половиной энергии исходного фотона. Это называется "запутанная пара" фотонов. Эти 2 фотона так связаны между собой, что находясь на любом расстоянии друг от друга, обладают взаимосвязанными свойствами таким образом, что изменения какого либо параметра одного фотона запутанной пары очень быстро влияют на этот же параметр другого фотона, даже если он находится на другом краю вселенной.

Что такое очень быстро? Это по крайней мере в 100 000 раз быстрее скорости света. (А возможно, эта скорость передачи информации внутри запутанной пары вообще бесконечна. ).

Итак, в начале фотон пропускается через кристалл бета-бората бария (BBO), который преобразует единичный фотон в пару запутанных фотонов пониженной частоты которые летят в разные стороны. Их называют условно сигнальный и холостой. Сигнальный пролетает через 2 щели на экран, где и оставляет след как от частицы или как след от волны. А вот холостой летит в другую сторону, не будучи ограниченным расстоянием до экрана. И именно над ним производится манипуляция по снятию метки, после чего детектор не может определить через какую щель пролетел сигнальный фотон.

В пользу того, что на результат влияет сам факт наблюдения, а не наличие физического детектора, говорит то, что самые выдающиеся нобелевские физики 20 века Эйнштейн, Бор и другие много обсуждали это явление. Если бы всё упиралось в обычное физическое влияние детектора, никто бы не удивился, и говорить было бы не о чем. Напротив, ученые повыдвигали много сложных теорий по объяснению феномена. Точнее, по законам микромира на основании открытого феномена при котором будущее наблюдение как-то влияет на прошлое событие. В частности, Эйншейн так выразился:

Из того что я накопал в интернете выходит, что в дискуссиях на русском языке народ разделился на 2 категории - одни считают, что хоть стирай данные, хоть не стирай, всё равно, на экране будут 2 полоски, другие считают что при стирании данных с детекторов на экране получится волновая картина с множеством полос (более 2).

Я брал инфу, в том числе, отсюда:

Опыт Юнга объясняет Том Кэмпбел.

Корпускулярно-волновой дуализм

Насколько авторитетен Том Кэмпбел - не знаю. Может он поклонник мистики?

Том Кэмпбелл (Thomas Campbell) - физик-ядерщик, работал на NASA.

Бра́йан Рэ́ндолф Грин (англ. Brian Randolph Greene, 9 февраля 1963 года) — физик-теоретик и один из наиболее известных струнных теоретиков[1], с 1996 года является профессором Колумбийского университета.

Математические способности Брайана были настолько высоки, что в двенадцать лет он начал брать частные уроки у профессора Колумбийского университета, поскольку к тому времени он уже освоил школьную программу.

После окончания Стайвесантской школы (Stuyvesant High School) Брайан Грин в 1980 году поступил на физический факультет Гарвардского университета, где получил степень бакалавра. Став обладателем стипендии Родса, он продолжил обучение в Оксфордском университете и в 1987 году получил докторскую степень.

В 1996 году Грин перешёл в Колумбийский университет, где он работает по сей день. В Колумбийском университете Грин является содиректором университетского Института струн, космологии и астрофизики (ISCAP) и руководит исследовательской программой, посвящённой приложению теории струн к проблемам космологии. До этого, с 1990 года, Грин работал на физическом факультете Корнеллского университета. Там он стал профессором в 1995 году.

Профессор Грин часто даёт лекции вне стен университетских аудиторий, как на популярном, так и на специальном уровне, в более чем двадцати пяти странах.

Один из его последних проектов — организация ежегодного Всемирного фестиваля науки (World Science Festival), который проходит в Нью-Йорке с 2008 года.[2]

Брайан Грин — вегетарианец с детства и веган с 1997 года[3]

Читайте также: