В чем заключается опыт Юнга

Любой, кто изучает волновую оптику, рано или поздно непременно сталкивается с ссылками на опыт Юнга. В данном случае речь идет действительно об эпохальном открытии, кардинальным образом повлиявшем на дальнейшее развитие науки. Но обо все по порядку.

Видео: Корпускулярно волновой дуализм

Луч света во тьме сомнений

Видимый нами свет – это то, что окружает каждого человека с самого рождения. Он прост и одновременно сложен. Нет ничего удивительного в том, что постоянно осуществлялись попытки объяснить, что же такое свет и каковы его свойства. Среди приверженцев различных моделей разгорались нешуточные дебаты, но никто не мог поставить точку в этом вопросе. Так происходило до тех пор, пока не был проведен опыт Юнга, блестяще подтвердивший волновую теорию света.

Ранее считалось, что свет представляет собой поток особых частиц – корпускулов. Чуть позже, в полном соответствии с открытиями физики, на смену корпускулам пришли фотоны. Фотон – это частица, обладающая нулевыми зарядом и массой, а также существующая лишь при скорости света. В то же время еще Ньютон провел интересный опыт по наблюдению свойств света: он расположил между собой и источником стеклянную пластину и вогнутую линзу. При этом он наблюдал не точечный источник, а кольца (впоследствии названные его именем). Так как в то время опыт Юнга еще не был поставлен, Ньютон не мог объяснить наблюдаемое с точки зрения теории света, состоящего из частиц.

Эксперимент с двойной щелью

Наконец в 1803 году Т. Юнг решил окончательно подтвердить или опровергнуть корпускулярную гипотезу. Он подготовил и выполнил простейший эксперимент, который заставил ученых по-новому взглянуть на знакомые вещи. Опыт Юнга показал, что свет представляет собой электромагнитную волну с определенными характеристиками.

Был взят лист непрозрачного материала, в нем сделаны две параллельно расположенные щели с шириной, соответствующей длине волны излучаемого «проверочного» света. На расстоянии от листа располагался экран, позволяющий наблюдать «поведение» света. На лист направлялся световой поток от точечного источника. Юнг рассуждал верно: если свет представляет собой поток частиц, то на экране отобразились бы две параллельные линии. Максимальная интенсивность свечения приходилась бы на места падения двух лучей, а между ними была бы темнота (лист непрозрачен). А вот если бы теория корпускулов оказалась ошибочной, то световая волна, проходя через щели, создавала бы вторичные волны (принцип, сформулированный в 1678 году Х. Гюйгенсом). Так как их распространению ничего не мешает, то, теоретически, они достигли бы середины экрана между проекциями щелей, причем их амплитуда волны и фаза совпадали. Благодаря интерференции (наложению) это могло привести к наибольшей яркости световой полосы как раз между проекциями каждой щели, что позволило бы утверждать, что свет – это одно из проявлений волновых возмущений.

Видео: Опыт Эрстеда со стрелкой

Как теперь известно, корпускулярная гипотеза пала, а ее место заняла волновая точка зрения. На экране наблюдались полосы с различной интенсивностью свечения. Самая яркая – посередине, затем тусклые и т.д. Снижение свечения объясняется противофазой вторичных интерферирующих волн.

Однако уже в наше время, после проведения серии уточняющих экспериментов, в теорию были внесены поправки. В соответствии с ними принято считать, что свет обладает дуальной природой, проявляясь и как волна, и как частица. Результаты опытов зависят от их постановки. Новейшая квантовая теория строения мироздания это легко объясняет: результаты наблюдений получаются именно такими, какими их хочет видеть экспериментатор. Двойственность присуща не только свету, но и такой, казалось бы, изученной частице, как электрон.