Esperimento della doppia fenditura di Young

L'esperimento

Questo esperimento è molto semplice. Richiede solo un dispositivo a doppia fenditura come quello nella foto, qualcosa per tenere fermo il dispositivo a doppia fenditura, e un buon laser come quello che viene usato dagli operai per "disegnare" linee rette quando costruiscono. Il laser è sostenuto in modo che possa essere spostato solo di proposito. Viene puntato sul punto centrale tra le due fessure da un punto a circa mezzo metro di distanza. Qualcosa come uno schermo cinematografico o un muro bianco liscio viene messo dall'altra parte del dispositivo a doppia fenditura a diversi metri di distanza. Quando tutto è fissato, si vedrà un modello di bande chiare e scure.

I laser possono produrre uno o più fotoni quando viene data una certa quantità di elettricità. Il fotone o i fotoni escono da un buco molto piccolo in un periodo di tempo ben noto. La velocità della luce è nota, quindi il tempo in cui i fotoni appaiono sullo schermo può essere previsto. Quando i fotoni vengono prodotti uno alla volta, ciò che appare sullo schermo sono singoli punti di luce. Se i fotoni fossero onde, allora ci aspetteremmo che si diffondessero mentre viaggiano e si distribuissero su una vasta area dello schermo, ma questo non accade mai. Se i fotoni fossero particelle, ci aspetteremmo che apparissero in due punti dello schermo collegati al laser attraverso le due fessure al centro. Ma neanche questo è ciò che accade.

Quando Thomas Young fece questo esperimento, non aveva un laser. Lo capì immaginando che la luce fosse come le onde dell'acqua. Pensava che le onde luminose si muovessero dalla sorgente di luce come le onde che si propagano da un sasso caduto in uno stagno, e che quando i fronti d'onda colpiscono le doppie fenditure, allora l'onda originale passa attraverso le due fenditure e ci sono due onde diverse da allora in poi. Era facile capire come due onde avrebbero interagito per produrre le bande luminose e le bande scure (spesso chiamate "frange") sullo schermo. Disse di aver dimostrato la teoria che la luce è un'onda.

Ma c'erano grossi problemi. La luce non si presentava allo schermo come onde che lo attraversavano. La luce veniva intesa come sciami di fotoni che colpivano individualmente lo schermo di rilevamento. E, molto sorprendentemente, un singolo fotone poteva interferire con se stesso come se fosse una singola onda che si adattava alla vecchia descrizione delle onde. Si divideva in due onde nel dispositivo a doppia fenditura, che poi si combinavano sullo schermo.

Stesso dispositivo, una fessura aperta contro due fessure aperte (notare le 16 frange).


J è la distanza tra le frange. J = Dλ/B "D" = dist. S2 a F, λ = lunghezza d'onda, B = dist. a a b

Importanza per la fisica

L'esperimento della doppia fenditura è diventato un classico esperimento di pensiero per la sua chiara spiegazione degli enigmi centrali della meccanica quantistica.