二重スリット実験からなにが分かるの?

 こんにちは、沙耶です。量子論を説明するときにはよく二重スリット実験に触れられます。光を二つの穴に通すと干渉縞が現れるという実験なのですが、いきなりこれを持ち出されても何が何だかわかりません。なので今回は、波動の干渉を紹介しようと思います。

大きくなったり小さくなったり

二つの波がぶつかると、波が大きくなったり小さくなったりします。波には山と谷がありますが、山同士がぶつかった場所はさらに大きな山が、谷同士がぶつかった場所はさらに大きな谷ができます。そして、山と谷がぶつかると、お互いを打ち消しあいます。粒子なら2つの粒子が打ち消しあうことはほとんどないので、打ち消しあうかどうかで粒子なのか波動なのか確認することができるというわけです。

このような波形の波がそれぞれA、Bの位置から発射された波がCでぶつかったとします。このとき、Cがどんな位置のときに波が大きくなり、どんなときに小さくなるでしょうか。波形を見ると、距離が偶数の時に山が、奇数の時に谷が来ています。なので、山同士がぶつかるときも谷同士がぶつかるときもAからCまでの距離とBからCまでの距離の差が偶数のときになります。一方、山と谷がぶつかるときはAからCまでの距離とBからCまでの距離の差が奇数となるときです。よって、二つの波が進んだ距離の差が偶数の時に波が大きくなり、奇数の時に小さくなるということがわかります。

波がぶつかると干渉縞ができる

二重スリット実験で、二つの波源の間の距離をd、波源からスクリーンまでの距離をL、二つの波が進んだ距離の差をlとします。このとき位置xで波が大きくなるか小さくなるかを見ていきます。

図のLやxで囲まれた大きな三角形とlやdで囲まれた小さな三角形は相似の関係があります。なので、次の式が成り立ちます。

近似して式変形するとこんな感じです。

lが偶数のとき波が大きくなり、奇数のとき小さくなるので、波の大きさを大まかに図に表してみます。

波が大きいところを黄色、小さいところを白で書くとしま模様になりました。これが干渉縞です。つまり、波が二つの穴を通ると縞模様ができるから、同じ縞模様を作る光も波の性質があるんだろう、と考えることができます。

『二重スリット実験からなにが分かるの?』へのコメント

  1. 名前:FREEDOM 投稿日:2018/01/05(金) 08:39:46 ID:1bf026b7d 返信

    二重スリットから何が分かるかは書いてある通りなんだが、これがタイムリープに関わるのかい?

    • 名前:沙耶 投稿日:2018/01/05(金) 13:04:38 ID:f9b5843a8 返信

      エヴェレットの多世界解釈はパラレルワールド的な考え方をしますが、その量子論の基礎を紹介しようかなと思って書きました。

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