У чому полягає досвід Юнга

Кожен, хто вивчає хвильову оптику, рано чи пізно неодмінно стикається з посиланнями на досвід Юнга. У даному випадку мова йде дійсно про епохальну відкритті, кардинальним чином вплинув на подальший розвиток науки. Але про все по порядку.

Промінь світла в пітьмі сумнівів

Видимий нами світ - це те, що оточує кожної людини з самого народження. Він простий і одночасно складний. Немає нічого дивного в тому, що постійно здійснювалися спроби пояснити, що ж таке світло і які його властивості. Серед прихильників різних моделей розгорялися неабиякі дебати, але ніхто не міг поставити крапку в цьому питанні. Так відбувалося до тих пір, поки не був проведений досвід Юнга, блискуче підтвердив хвильову теорію світла.

Раніше вважалося, що світло являє собою потік особливих частинок - корпускул. Трохи пізніше, у повній відповідності з відкриттями фізики, на зміну корпускула прийшли фотони. Фотон - це частка, що володіє нульовими зарядом і масою, а також існуюча лише при швидкості світла. У той же час ще Ньютон провів цікавий досвід зі спостереження властивостей світла: він розташував між собою і джерелом скляну пластину і увігнуту лінзу. При цьому він спостерігав не точкове джерело, а кільця (згодом названі його ім`ям). Так як в той час досвід Юнга ще не був поставлений, Ньютон не міг пояснити бачимо з погляду теорії світла, що складається з частинок.

Експеримент з подвійною щілиною

Нарешті в 1803 році Т. Юнг вирішив остаточно підтвердити або спростувати корпускулярну гіпотезу. Він підготував і виконав найпростіший експеримент, який змусив вчених по-новому поглянути на знайомі речі. Досвід Юнга показав, що світло являє собою електромагнітну хвилю з певними характеристиками.

Було взято лист непрозорого матеріалу, в ньому зроблено дві паралельно розташовані щілини з шириною, відповідної довжині хвилі випромінюваного «перевірочного» світла. На відстані від аркуша розташовувався екран, що дозволяє спостерігати «поведінку» світла. На лист прямував світловий потік від точкового джерела. Юнг міркував вірно: якщо світло являє собою потік часток, то на екрані відобразилися б дві паралельні лінії. Максимальна інтенсивність світіння припадала б на місця падіння двох променів, а між ними була б темрява (лист непрозорий). А от якби теорія корпускулами виявилася помилковою, то світлова хвиля, проходячи через щілини, створювала б вторинні хвилі (принцип, сформульований в 1678 Х. Гюйгенсом). Так як їх поширенню нічого не заважає, то, теоретично, вони досягли б середини екрана між проекціями щілин, причому їх амплітуда хвилі і фаза збігалися. Завдяки інтерференції (накладення) це могло призвести до найбільшої яскравості світловий смуги якраз між проекціями кожної щілини, що дозволило б стверджувати, що світло - це один із проявів хвильових збурень.

Як наразі відомо, корпускулярна гіпотеза впала, а її місце зайняла хвильова точка зору. На екрані спостерігалися смуги з різною інтенсивністю світіння. Найяскравіша - посередині, потім тьмяні і т.д. Зниження світіння пояснюється протифазою вторинних интерферирующих хвиль.

Проте вже в наш час, після проведення серії уточнюючих експериментів, в теорію були внесені поправки. Відповідно до них прийнято вважати, що світло має дуальної природою, проявляючись і як хвиля, і як частинка. Результати дослідів залежать від їх постановки. Новітня квантова теорія будови всесвіту це легко пояснює: результати спостережень виходять саме такими, якими їх хоче бачити експериментатор. Подвійність властива не тільки світлі, але і такий, здавалося б, вивченої частці, як електрон.