أعاد الفيزيائيون إنشاء تجربة الشق المزدوج الشهيرة باستخدام الزمن بدلاً من المكان

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

منذ أكثر من 200 عام ، أجرى العالم الإنجليزي توماس يونغ اختبارًا شهيرًا يُعرف باسم "تجربة الشق المزدوج. " ألقى شعاعًا من الضوء على شاشة بها شقان ، ولاحظ أن الضوء الذي يمر عبر الفتحات يشكل نمطًا من العصابات المظلمة والمشرقة.

في ذلك الوقت ، تم فهم التجربة لإثبات أن الضوء عبارة عن موجة. يحدث "نمط التداخل" بسبب مرور الموجات الضوئية عبر كلا الشقين والتداخل مع بعضها البعض على الجانب الآخر ، مما ينتج عنه نطاقات ساطعة حيث تصطف قمم الموجتين ونطاقات مظلمة حيث تلتقي القمة مع قاع ويلغي الاثنان الخروج .

في القرن العشرين ، أدرك الفيزيائيون أنه يمكن تكييف التجربة لإثبات أن الضوء لا يتصرف مثل الموجة فحسب ، بل يتصرف أيضًا كجسيم (يسمى الفوتون). في نظرية ميكانيكا الكم ، لا يزال هذا الجسيم يتمتع بخصائص موجية - لذا فإن الموجة المرتبطة بفوتون واحد تمر عبر كلا الشقين ، وتحدث تداخلًا.

في تطور جديد للتجربة الكلاسيكية ، استبدلنا الشقوق في الشاشة بـ "الشقوق" في الوقت المناسب - واكتشفنا نوعًا جديدًا من أنماط التداخل. كانت نتائجنا نشرت هذا الاسبوع in فيزياء الطبيعة.

شقوق في الوقت المناسب

أطلق فريقنا ، بقيادة ريكاردو سابينزا من إمبريال كوليدج لندن ، الضوء من خلال مادة تغير خصائصها في جزء من الثانية (أربعة أجزاء من المليون من الثانية) ، مما يسمح للضوء بالمرور فقط في أوقات محددة في تتابع سريع.

ما زلنا نرى أنماط التداخل ، ولكن بدلاً من الظهور على شكل نطاقات من الضوء الساطع والداكن ، ظهرت كتغييرات في تردد أو لون حزم الضوء.

لإجراء تجربتنا ، ابتكرنا طريقة لتشغيل وإيقاف انعكاس الشاشة بسرعة مذهلة. كان لدينا شاشة شفافة أصبحت مرآة لفترتين وجيزتين ، مما أدى إلى إنشاء ما يعادل شقين في الوقت المناسب.

تداخل اللون

إذن ماذا تفعل هذه الشقوق في الوقت المناسب للضوء؟ إذا فكرنا في الضوء كجسيم ، فقد ينعكس الفوتون المرسل على هذه الشاشة من خلال الزيادة الأولى في الانعكاسية أو بالثانية ، ويصل إلى مكشاف.

ومع ذلك ، فإن الطبيعة الموجية للعملية تعني أن الفوتون ينعكس في كلا الشقين الزمنيين. يؤدي هذا إلى حدوث تداخل ونمط متنوع من الألوان في الضوء الذي يصل إلى الكاشف.

يرتبط مقدار التغيير في اللون بمدى سرعة المرآة في تغيير انعكاسها. يجب أن تكون هذه التغييرات على نطاقات زمنية مماثلة لطول دورة واحدة لموجة ضوئية ، والتي تُقاس بالفيمتوثانية.

لا يمكن للأجهزة الإلكترونية أن تعمل بسرعة كافية لهذا الغرض. لذلك كان علينا استخدام الضوء لتشغيل وإيقاف انعكاس الشاشة.

أخذنا شاشة من أكسيد قصدير الإنديوم ، وهي مادة شفافة مستخدمة في شاشات الهواتف المحمولة ، وجعلناها عاكسة بنبض قصير من ضوء الليزر.

من الفضاء إلى الزمان

تجربتنا هي عرض جميل لفيزياء الموجات ، وتوضح أيضًا كيف يمكننا نقل مفاهيم مثل التداخل من مجال الفضاء إلى مجال الوقت.

ساعدتنا التجربة أيضًا في فهم المواد التي يمكنها التحكم بدقة في سلوك الضوء في المكان والزمان. سيكون لهذا تطبيقات في معالجة الإشارات وربما حتى أجهزة الكمبيوتر التي تعمل بالطاقة الضوئية.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

الصورة الائتمان: توبياس كارلسون on Unsplash