آزمایش یانگ

سلام.وقتتون بخیر.
۱) وقتی دو باریکه با یکدیگر تداخل مخرب دارند و شدت حاصل روی پرده صفر می‌شود انرژی این دو باریکه چه می‌شود؟
۲) اگرجلوی شکاف‌ها وسایلی مثل قطبشگر یا تاخیرانداز قرار داده شود چه تغییری درنتیجه آزمایش حاصل می‌شود؟
۳) آیا روابط مربوط به محل و فاصله فرانژها همیشه برقرار است؟
باتشکر ازشما.

تداخل نور پدیده جالب و مهمی است. در هر کتاب اپتیک و کتاب‌های عمومی فیزیک فصل یا بخشی به این مطلب مهم اختصاص یافته است. قطعا در اینجا امکان بحث پیرامون پیچیدگی‌های تداخل نور نیست و از دیدگاه‌های مختلف می‌توان این پدیده زیبا را توصیف کرد. برای توصیف پدیده تداخل نور باید موج و تداخل امواج را شناخت. وقتی که با آن شناخت، شبیه همان اتفاق را در نور می‌بینیم واقعا هیجان انگیز است. نور واقعا یک موج است و تمام ویژگی‌های یک موج را دارد. شاید در وهله اول مهم نباشد که چه چیزی در نور نوسان می‌کند. البته از نظر تاریخی ماکسول در یک اتفاق مهم در فیزیک نشان داد که میدان الکتریکی و مغناطیسی نور در انتشار نوسان می‌کنند و موجی عرضی را تشکیل می‌دهند. هرچه در این مورد بحث شود به پیچیدگی‌های بیشتری می‌رسیم و انتهایی در این بحث نیست.
در مدل الکترومغناطیسی، به موج نور نوسان سینوسی یک میدان الکتریکی را میتوان نسبت داد که دامنه این موج میدان الکتریکی است که مجذور آن، همان شدت نور است. E₀ بیشترین دامنه میدان الکتریکی نور است که به صورت کسینوسی نوسان می‌کند. ولی کسینوس چه پارامتری این نوسان را نشان می‌دهد. در کسینوس دو بخش زمانی و فضایی وجود دارد که به معنی آن است که اگر در یک لحظه خاص به کل موج نگاه کنیم، می‌بینیم که در مکان‌های مختلف دامنه میدان الکتریکی نور به صورت سینوسی کم و زیاد می‌شود. از طرف دیگر اگر در یک مکان خاص و در زمان‌های مختلف موج را رصد کنیم می‌بینیم که میدان الکتریکی در آن موضع در حال نوسان است. اگر این موج به موج دیگری برسد که همزمان با هم، همین نوسان را داشته باشد، دامنه بیشتری را شاهد خواهیم بود و در نتیجه شدت میدان زیاد می‌شود. اگر این موج به موج دیگری برسد که دقیقا مقابل آن نوسان می‌کند یعنی وقتی که موج اول بیشترین مقدار را دارد، موج دوم کمترین مقدار را دارد، برآیند دو میدان صفر و بدون حرکت می‌شود. به عبارتی، انرژی نورها در این حالت صرف مقابله با نور دیگر می‌شود. مثل طنابی که از دو طرف با فاز مخالف به نوسان درآید.
یکی از یافته‌های مهم بشر که توسط یانگ آزمایش شد، تایید موجی بودن نور با تداخل دادن دو نور از یک چشمه بود. در این مرحله مهم نبود که در موج نور چه پارامتری نوسان می‌کند بلکه خود نوسان مهم بود ولی بعدا مشخص شد که میدان الکتریکی نور نوسان می‌کند. در دو شکاف یانگ نشان داده شد که نور، موج است و با توجه به فاصله دو شکاف مکان‌های تاریک و روشن جابجا می‌شوند و با حذف یک شیار، نقش تداخلی محو می‌شود. اگر شدت نور از هر دو شیار مشابه باشد، شدت نور در مکان‌های روشن 4 برابر شدت نور هر شیار است و در مکان‌های تاریک شدت صفر است.

(I=E₁²+E₂²+2E₁.E₂ Cos (k.r – wt

هرچند که در چنین جایی نوشتن رابطه مناسب نبود ولی برای پاسخ به بخش دوم چاره‌ای نیست.
E1 دامنه نور اول، E2 دامنه نور دوم (که مجذور آن‌ها شدت نور اول و دوم است)، k عدد موج مربوط به مکان و w فرکانس یا بسامد موج، r مکان مورد مطالعه، t زمان مورد مطالعه و در نهایت I شدت نور در محل تلاقی است که برحسب اینکه در چه موقعیتی و در چه زمانی نتیجه موج بررسی می‌شود بر اساس این رابطه استخراج می‌شود. اگر شدت دو نور را مساوی بگیریم، می‌بینیم که اگر در شرایطی جواب کسینوس، منهای یک شد، شدت صفر می‌شود و اگر یک شد شدت 4 برابر شدت هر شیار می شود.
نقطه بین دو تا میدان در ضرب بردارها معنی خاصی دارد و مهمترین ویژگی آن این است که اگر دو بردار بر هم عمود بودند این ضرب صفر می‌شود. اگر جلوی شیارها ادواتی بگذاریم که قطبش دو شیار عمود بر هم شود، علاوه بر اینکه باید فاز و تغییر آن در نظر گرفته شود، باید شدت مساوی دو برابر شدت هر شیار بدون تغییر باشد چون هرچه بخش کسینوس نوسان می‌کند ضریب آن صفر است و تغییراتی دیده نمی‌شود. در این صورت شدت نور در محل تلاقی تغییری ندارد. ولی اگر دقت کنیم برهم نهی دو قطبش عمود برهم را داریم که اگر جمع بردارها را دقیق شویم می‌بینیم که در هر شرایط فازی که بخش کسینوس نماینده آن است قطبش خاصی ایجاد می‌شود و در محل تلاقی نور شدت ثابت ولی قطبش متغیر و نوسانی را شاهد هستیم.