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楊氏干涉實驗

Wikipedia · 2025-12-07 维基百科 👁 1 阅读

楊氏干涉實驗（），也稱為楊氏雙縫干涉儀（），是現代雙縫實驗的原始版本，由托马斯·杨在19世紀初進行。這個實驗對波動光學的普遍接受起到了重要作用。根據楊格自己的認知，這是他眾多成就中最重要的一個。
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17 和 18 世紀的光傳播理論
在此時期，許多物理學家根據實驗結果提出了波動光學，包括羅伯特·虎克、克里斯蒂安·惠更斯和李昂哈德·歐拉。然而，對光進行過多次實驗研究的艾薩克·牛頓否定了波動光學，並發展了他的光的微粒理論，根據該理論，光以微小粒子的形式從發光體中發射出來。這一理論一直流行到19世紀初，儘管事實上許多現象，包括繞射或窄孔的影響、薄膜和昆蟲翅膀的顏色，以及當兩束光束交叉時光粒子明顯沒有相互碰撞的事實，這些都不能用微粒理論完美解釋，儘管如此，該理論仍有許多傑出的支持者，包括皮耶-西蒙·拉普拉斯和尚-巴蒂斯特·必歐。

楊在波浪理論方面的工作
1790年代，楊格在哥廷根學習醫學時，寫了一篇關於聲音的物理和數學特性的論文，並在1800年向王家學會提交了一篇論文（傳於1799年），其中他提出光也是一種波動。但他的想法受到了一定程度的懷疑，因為它與牛頓的微粒理論相矛盾。儘管如此，他繼續發展他的想法。他認為波動模型可以比微粒模型更好地解釋光傳播的許多特性，在文中他寫道：

1801年，楊格向皇家學會提交了一篇題為“關於光與顏色的理論” 的著名論文，其中描述了各種干涉現象​​。1803年，他描述了他著名的干涉實驗。 他在對實驗的描述中也提到了讓光通過兩個狹縫的可能性，如下：
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{{Blockquote|假設任何特定顏色的光由特定寬度或特定頻率的振幅組成，那麼這些振幅現象必然會與我們已經在水波和聲音的脈衝的現象相符。而波動理論已經表明，從彼此靠近的兩個中心發出的兩個相等振幅頻率的波可以看到在某些點上破壞了彼此，而在其他點上它們的振幅則加倍；兩個聲音的拍頻也已從類似的干涉中得到解釋。而我們現在要將相同的原則應用於顏色的結合和消失。

為了使兩部分光有效的相干涉，它們必須來自同一源頭，並且它們通過不同的路徑到達同一點，方向相差不大。這種偏差可以通過衍射、反射、折射或這些效應中的任何一種產生；但最簡單的情況是，當一束均勻的光落在屏幕上時，屏幕上有兩個非常小的孔或狹縫，可以認為是發散中心，光從那裡向各個方向衍射。在這種情況下，當兩個新形成的光束被一個阻擋它們的平面上接收時，它們的亮度被暗條紋分成幾乎相等的部分，但是間距隨著表面離孔更遠而變得更寬，以達成在所有距離處與孔形成幾乎相等的夾角，並且隨著孔彼此更靠近，也以相同的比例變寬。兩部分的中間始終是亮紋，每條的亮紋距離，滿足從其中一個孔投射在幕上的的光一定比從另一個孔投射的光經過更遠的距離，距離相差等於一個、兩個、三個或更多假定波動的波長，而中間的暗紋對應於半個假定波長、一個半、兩個半，或更多。並且隨著孔彼此更靠近，也以相同的比例變寬。

從各種實驗的比較來看，構成極端紅光的波長似乎在空氣中約為千分之三十六英寸，極紫光的波長約為千分之六十英寸；整個光譜對於光的強度的平均值，約為千分之四十五英寸。從這些尺度可以得出結論，根據已知的光速計算，在一秒鐘內必須有將近5億個最慢的波長進入眼睛。如果使用兩束白光或混合光的組合，當從遠處觀察時，顯示出一些白色和黑色的條紋，於這些間隔中，再仔細觀察時，會出現無限數量的不同寬度條紋的明顯效果複合在一起，從而產生美麗多樣的色彩，逐漸相互融合。中央的白色首先變成淡黃色，然後變成黃褐色，接著是深紅色，然後是紫色和藍色，從遠處看，它們一起看起來像一條深色條紋；在此之後，一道綠光出現，其後的黑暗區域呈現出深紅色調；隨後的燈光或多或少都是綠色的，黑暗的區域是紫色和微紅色的；到目前為止，紅光似乎在所有這些效果中占主導地位，以至於紅色或紫色條紋在混合條紋中佔據幾乎相同的位置，就好像它們的光是分開接收的一樣。

接受光的波動理論
1817年，包括西梅翁·德尼·帕松在內的法國科學院的微粒理論家非常有信心，他們將明年的獎項主題定為衍射，並確信粒子理論家會贏得它。出乎所有人的意料，他成功地觀察到了預測點，這讓大多數科學家相信了光的波動性。最終菲涅耳贏得了比賽。

之後，光的微粒學說就被打敗了，直到20世紀才再次重回討論主題。阿拉戈後來指出，約瑟夫-尼古拉·德利爾在一個世紀前就已經觀察到這種現象（有時稱為阿拉戈光斑）

參閱

  • 波粒二象性
  • 光電效應
  • 光的微粒理論

參考文獻
外部連結

#物理學實驗 #光學

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