تجربة شقي يونغ أو تجربة الشق المزدوج (Double-slit experiment) هي إحدى أهم التجارب الفيزيائية التي أسهمت في البحث في طبيعة الضوء وإثبات طبيعته الموجية، ثم استخدمت في إثبات وجود خاصية موجية لجميع الجسيمات مثل الإلكترونات وغيرها.[1][2][3]
تعتمد تجربة شقي يونغ على انعراج الضوء عند شقين رفيعين في حاجز مانع للضوء، حيث يقوم الانعراج بتحويل كلا الشقين إلى منبعين ضوئيين متشابهين مترافقين، وينتج عنها عند استقبال الضوء على حاجز أمامهما أنماط تداخل تتميز بأهداب ضوئية شديدة الإنارة وأهداب عاتمة، وهذا ما يشابه ظاهرتي التداخل البناء والتداخل الهدام في الأمواج. تم الحصول أيضا على نتائج مشابهة عند استبدال الحزم الضوئية (حزم الفوتونات) بحزم إلكترونية مما كان أحد اثباتات مثنوية الموجة-جسيم.
تجربة شقي يونغ الضوئية
في هذه التجربة قام يونغ بتمرير حزمة ضوئية عبر شقين ضيقين F1 و F2 الموضوعان أمام المنبع الضوئي الوحيد اللون S (طول موجته ) فيصبح الشقين بمثابة مقام منبعين ضوئيين مترابطين (أي فرق الطور ثابت بينهما لايتغير مع الزمن).
يصل الضوء من كلا المنبعين إلى مختلف نقاط الشاشة، وتكون سعة الاهتزاز E في النقاط التي تصل إليها الأمواج الضوئية متفقة في الطور (أي بفرق طور معدوم أو مساو لعدد صحيح من، وهذا يكافئ فرقا في مسير الشعاعين الواصلين من الشقين إلى النقطة التي ترصد فيها شدة الضوء مقداره صفر أو عدد صحيح من طول الموجة الضوئية) في كل لحظة عبارة عن مجموع سعتي الاهتزاز الوارد من الشقين:
E = E1 - E2 .
أما في النقاط التي تصل إليها الأمواج على تعاكس في الطور (فرق الطور بينها عدد فردي من أي فرق المسير عدد فردي من ) فتكون السعة المحصلة هي فرق السعتين . وبما أن شدة الضوء I تتناسب مع مربع سعة الاهتزاز (I:E2) فتكون شدة الضوء في النقاط الأولى (التي تصل إليها الأمواج متفقة في الطور)، أي : حيث و هما شدتا الضوء الوارد من الشقين F1 و F2. أي أن الشدة I في هذه النقاط أكبر من مجموع الشدتين و وهذا هو التداخل البنّاء constructive interference ويظهر على الشاشة بشكل مناطق شديدة الإضاءة تدعى الأهداب المضيئة. وتكون شدة الضوء في النقاط الثانية (التي تصل إليها الأمواج متعاكسة في الطور):
أي أن الشدة في هذه النقاط ضعيفة (بل تكون معدومة في حال كانت ) وهذا هو التداخل الهدام destructive interference ويظهر على الشاشة بشكل أهداب مظلمة تتناوب مع الأهداب المضيئة لتشكل كلها ما يسمى بأهداب التداخل.
و تستخدم هذه التجربة في :
- دراسة ظاهرة التداخل في الضوء
- تعيين الطول الموجى لضوء احادى الون
- تعيين المسافة بين هدبتين متتاليتين من نفس النوع
يفضل استخدام ضوء أحمر عند اجراء التجربة
المصادر
- Cassidy, David (2008). "Quantum Mechanics 1925–1927: Triumph of the Copenhagen Interpretation". Werner Heisenberg. American Institute of Physics. مؤرشف من الأصل في 07 يوليو 200621 يونيو 2008.
- Lederman, 2011, p. 109 - تصفح: نسخة محفوظة 18 يناير 2017 على موقع واي باك مشين.
- Donati, O; Missiroli, G F; Pozzi, G (1973). "An Experiment on Electron Interference". American Journal of Physics. 41: 639–644. Bibcode:1973AmJPh..41..639D. doi:10.1119/1.1987321.