ヤングの実験

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ヤングの実験(ヤングのじっけん)は、複スリットを用いた、光の干渉性を示す実験。1805年ころトーマス・ヤングが、光源からの光を平行な2つのスリットを通すと衝立上に干渉じまを生じることを示した。 光が波動であることを示す現象である。

YoungsDoubleSlit.png

二つのスリットの光がスクリーンに投影されるとき、両方の光が当たる中央部分が明るくなるという左の図は直感的にわかりやすい。たとえば舞台に複数のスポットライトをあてるような場合には実際にこのようになる。しかし光の間隔が非常に小さい場合、スクリーンには図右下のように縞模様が映し出される。これは光が干渉という、に特徴的な性質を持っているためである。

原理[編集]

衝立上の点 のスリットまでの光路差(光が進む道のりの差)が光の波長λの整数倍になるとき干渉して強め合い、その中間では弱め合って、縞模様ができる。スクリーン上で二つのスリットから等しい距離にある点(縞模様の中心と呼ぼう)で最も明るく、その両側に暗い部分、明るい部分、と交互に繰り返される。

スリット間の間隔を a、スリットとスクリーンの間の距離を D、光源の波長を λ とすると、光が強めあう条件は次のように表すことができる。

x = \frac{nD\lambda}{a}

x は上の条件を満たしたときに明るい帯ができる位置で、スクリーン上での縞模様の中心からの距離である。n は任意の整数である。n = 0 は縞模様の中心を表す。

ただしこの条件はスリット間隔が短く、スリットとスクリーンの間隔が縞模様に比べて大きい場合の近似である。

実験[編集]

縞模様の中心の次の帯は、n = 1 のとき、つまり中心から \frac{D\lambda}{a} だけ離れた位置にできる。この式からわかるように、スリットの間隔 a が小さいほど、縞模様の間隔は広がり、観測しやすくなる。(スリット-スクリーンの間隔 D を大きくしてもよいが、光の強度は光源からの距離の2乗に反比例して弱まることに注意。)

くっきりした縞模様を観察するには、光源は単色光が望ましい。電球や単色の蛍光灯でも観測できる。 光源として波長600nmの黄色い光を使用し、スリット-スクリーン間の距離を5cmという条件で、0.1mm程度の縞を観測するならば、スリットの間隔は10分の数mmにすればよい。(この条件は、墨塗りしたガラス板に、重ねあわせたカミソリでひっかいてスリットを作り、それを目の近くにあてて光源を見るという実験を想定している。)

関連項目[編集]