थॉमस यंग का डबल स्लिट प्रयोग

उन्नीसवीं शताब्दी के दौरान, भौतिकविदों में एक आम सहमति थी कि प्रकाश ने एक लहर की तरह व्यवहार किया, बड़े हिस्से में थॉमस यंग द्वारा किए गए प्रसिद्ध डबल स्लिट प्रयोग के लिए धन्यवाद। प्रयोग से अंतर्दृष्टि, और तरंग गुणों के प्रदर्शन से प्रेरित, भौतिकविदों की एक सदी ने उस माध्यम की तलाश की जिसके माध्यम से प्रकाश लहरा रहा था, चमकदार ईथर. हालांकि प्रयोग प्रकाश के साथ सबसे उल्लेखनीय है, तथ्य यह है कि इस तरह का प्रयोग किसी भी प्रकार की लहर के साथ किया जा सकता है, जैसे कि पानी। हालांकि, हम प्रकाश के व्यवहार पर ध्यान केंद्रित करेंगे।

1800 के दशक की शुरुआत में (स्रोत के आधार पर 1801 से 1805), थॉमस यंग ने अपना प्रयोग किया। उन्होंने एक अवरोध में भट्ठा से होकर गुजरने की अनुमति दी, इसलिए यह प्रकाश स्रोत के रूप में उस भट्ठा से तरंग मोर्चों में विस्तारित हो गया ह्यूजेंस का सिद्धांत). वह प्रकाश, बदले में, एक और बाधा में स्लिट्स की जोड़ी से होकर गुजरा (ध्यान से मूल स्लिट से सही दूरी रखी गई)। प्रत्येक भट्ठा, बदले में, प्रकाश को अलग करता है जैसे कि वे प्रकाश के व्यक्तिगत स्रोत भी थे। प्रकाश ने एक अवलोकन स्क्रीन को प्रभावित किया। यह दाईं ओर दिखाया गया है।

जब एक एकल भट्ठा खुला था, तो यह केवल केंद्र में अधिक तीव्रता के साथ अवलोकन स्क्रीन को प्रभावित करता था और फिर केंद्र से दूर चले जाने पर फीका हो जाता था। इस प्रयोग के दो संभावित परिणाम हैं:

कण व्याख्या: यदि प्रकाश कणों के रूप में मौजूद है, तो दोनों स्लिट्स की तीव्रता व्यक्तिगत स्लिट्स से तीव्रता का योग होगी।

वेव व्याख्या: यदि प्रकाश तरंगों के रूप में विद्यमान है, तो प्रकाश तरंगें होंगी सुपरपोजिशन के सिद्धांत के तहत हस्तक्षेप, प्रकाश के बैंड (रचनात्मक हस्तक्षेप) और अंधेरे (विनाशकारी हस्तक्षेप)।

जब प्रयोग किया गया था, तो प्रकाश तरंगों ने वास्तव में इन हस्तक्षेप पैटर्न को दिखाया था। एक तीसरी छवि जिसे आप देख सकते हैं वह स्थिति के संदर्भ में तीव्रता का एक ग्राफ है, जो हस्तक्षेप से भविष्यवाणियों के साथ मेल खाती है।

उस समय, यह निर्णायक रूप से साबित हुआ कि प्रकाश ने तरंगों में यात्रा की, जिससे हुइजन के प्रकाश के तरंग सिद्धांत में एक पुनरोद्धार हुआ, जिसमें एक अदृश्य माध्यम भी शामिल था, ईथर, जिसके माध्यम से तरंगों का प्रसार हुआ। 1800 के दशक में कई प्रयोग, विशेष रूप से प्रसिद्ध माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग, ईथर या इसके प्रभावों का प्रत्यक्ष रूप से पता लगाने का प्रयास किया गया।

वे सभी विफल रहे और एक सदी बाद, आइंस्टीन के काम में प्रकाश विद्युत प्रभाव और सापेक्षता के परिणामस्वरूप ईथर को प्रकाश के व्यवहार को समझाने के लिए आवश्यक नहीं रह गया है। फिर से प्रकाश के एक कण सिद्धांत ने प्रभुत्व ले लिया।

फिर भी, एक बार फोटोन प्रकाश के सिद्धांत के बारे में आया, यह कहते हुए कि प्रकाश केवल असतत क्वांटा में चला गया, सवाल यह बन गया कि ये परिणाम कैसे संभव थे। वर्षों से, भौतिकविदों ने इस बुनियादी प्रयोग को लिया है और कई तरीकों से इसकी खोज की है।

1900 के दशक की शुरुआत में, यह सवाल कितना हल्का रहा - जिसे अब कण-जैसे "बंडलों" में यात्रा करने के लिए पहचाना गया था मात्रात्मक ऊर्जा, जिसे फोटोन कहा जाता है, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आइंस्टीन के स्पष्टीकरण के लिए धन्यवाद - व्यवहार को भी प्रदर्शित कर सकता है लहरों का। निश्चित रूप से, पानी के परमाणुओं (कणों) का एक समूह जब तरंगों का एक साथ अभिनय करता है। शायद यह भी कुछ ऐसा ही था।

यह संभव हो गया कि एक प्रकाश स्रोत स्थापित किया जाए ताकि यह एक समय में एक फोटॉन उत्सर्जित करे। यह, वस्तुतः, स्लिट्स के माध्यम से सूक्ष्म गेंद बीयरिंगों को उछालने जैसा होगा। एक स्क्रीन की स्थापना करके जो एक एकल फोटॉन का पता लगाने के लिए पर्याप्त संवेदनशील था, आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि इस मामले में हस्तक्षेप पैटर्न नहीं थे या नहीं।

ऐसा करने का एक तरीका यह है कि एक संवेदनशील फिल्म की स्थापना की जाए और प्रयोग को समय के साथ चलाया जाए, फिर फिल्म को देखने के लिए देखें कि स्क्रीन पर प्रकाश का पैटर्न क्या है। बस इस तरह के एक प्रयोग किया गया था और वास्तव में, यह यंग के संस्करण से मेल खाता था - वैकल्पिक रूप से प्रकाश और अंधेरे बैंड, लहर हस्तक्षेप के परिणामस्वरूप।

यह परिणाम तरंग सिद्धांत की पुष्टि करता है और दोनों को प्रभावित करता है। इस मामले में, फोटॉनों को व्यक्तिगत रूप से उत्सर्जित किया जा रहा है। वस्तुतः लहर हस्तक्षेप के लिए कोई रास्ता नहीं है क्योंकि प्रत्येक फोटॉन केवल एक बार में एक भट्ठा से गुजर सकता है। लेकिन लहर का हस्तक्षेप देखा जाता है। यह कैसे हो सकता है? खैर, उस सवाल का जवाब देने की कोशिश ने कई गूढ़ व्याख्याओं को जन्म दिया है क्वांटम भौतिकी, कोपेनहेगन व्याख्या से कई-दुनिया की व्याख्या के लिए।

अब मान लें कि आप एक ही प्रयोग करते हैं, एक परिवर्तन के साथ। आप एक डिटेक्टर रखते हैं जो बता सकता है कि फोटॉन किसी दिए गए स्लिट से गुजरता है या नहीं। अगर हम जानते हैं कि फोटॉन एक भट्ठा से होकर गुजरता है, तो वह स्वयं को हस्तक्षेप करने के लिए अन्य भट्ठा से नहीं गुजर सकता है।

यह पता चला है कि जब आप डिटेक्टर जोड़ते हैं, तो बैंड गायब हो जाते हैं। आप सटीक एक ही प्रयोग करते हैं, लेकिन केवल पहले चरण में एक सरल माप जोड़ते हैं, और प्रयोग का परिणाम काफी बदल जाता है।

मापने के कार्य के बारे में कुछ जो स्लिट का उपयोग किया जाता है, तरंग तत्व को पूरी तरह से हटा दिया जाता है। इस बिंदु पर, फोटॉनों ने ठीक उसी तरह काम किया जैसे हम एक कण से व्यवहार करने की अपेक्षा करते हैं। स्थिति में बहुत अनिश्चितता, लहर प्रभाव के प्रकटीकरण से संबंधित है।

इन वर्षों में, प्रयोग कई तरीकों से किया गया है। 1961 में, क्लॉस जोंसन ने इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रयोग किया, और यह यंग के व्यवहार के अनुरूप था, अवलोकन स्क्रीन पर हस्तक्षेप पैटर्न बना। प्रयोग के जोंसन के संस्करण को "सबसे सुंदर प्रयोग" द्वारा वोट दिया गया था भौतिकी दुनिया 2002 में पाठक।

1974 में, प्रौद्योगिकी एक समय में एक ही इलेक्ट्रॉन को जारी करके प्रयोग करने में सक्षम हो गई। फिर, हस्तक्षेप पैटर्न दिखाया। लेकिन जब एक डिटेक्टर को स्लिट में रखा जाता है, तो हस्तक्षेप एक बार फिर से गायब हो जाता है। यह प्रयोग 1989 में एक जापानी टीम द्वारा फिर से किया गया था जो कि अधिक परिष्कृत उपकरणों का उपयोग करने में सक्षम था।

प्रयोग फोटॉन, इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं के साथ किया गया है, और हर बार एक ही परिणाम स्पष्ट हो जाता है - भट्ठा पर कण की स्थिति को मापने के बारे में कुछ लहर को हटा देता है व्यवहार। कई सिद्धांतों की व्याख्या क्यों मौजूद है, लेकिन अभी तक इसका बहुत कुछ अनुमान है।