Свободна лаборатория · 15–18 години
Точка по точка
Една частица оставя една случайна точка, а хиляди точки подреждат ивици. Прочети защо, после провери сам, точка по точка.
Една точка и хиляди точки
Източникът пуска частици – фотони (светлина) или електрони – към преграда с два тесни процепа. Всяка частица, която стигне до екрана, оставя една точка на случайно място. Къде точно ще падне следващата точка, не може да се предскаже.
Хиляди точки обаче подреждат светли и тъмни ивици, които се редуват. Шансът за всяко място на екрана се смята като за вълна, която минава през двата процепа наведнъж.
Най-светлата ивица е в средата
Най-светлата ивица е в средата – срещу стената между процепите, а не срещу самите процепи. Там пътищата от двата процепа са еднакво дълги. Ивиците са много повече от две.
Разстоянието между ивиците расте с дължината на вълната и с разстоянието до екрана и намалява, когато процепите се раздалечат. По-близките процепи дават по-широки ивици.
| Опит | Ивиците са през |
|---|---|
| Синя светлина, 400 nm | 1,33 mm |
| Оранжева светлина, 600 nm | 2,0 mm |
| Червена светлина, 700 nm | 2,33 mm |
| Оранжева светлина, процепи на 0,15 mm | 4,0 mm |
| Оранжева светлина, екран на 2 m | 4,0 mm |
Една по една
Ивиците се появяват дори когато в апарата има по-малко от една частица наведнъж. Частиците не се блъскат една в друга – всяка „участва“ в картината сама. При електрони, по един в секунда, между два поредни електрона има около 14 500 km, а ивиците пак се появяват.
Силата на източника не променя картината – само колко бързо се натрупва. Слабият източник пуска по-малко фотони за секунда. Фотонът на синята светлина носи повече енергия от фотона на червената, затова при една и съща мощност сините фотони са по-малко.
Затвори процеп – и стане по-светло
- С един процеп ивиците изчезват и остава едно широко петно. На мястото на някогашна тъмна ивица сега падат точки: два отворени процепа не дават навсякъде повече частици.
- Ако уред отбелязва през кой процеп минава всяка частица, ивиците също изчезват. Причината е взаимодействието с уреда, а не това, че някой гледа: екранът се гледа винаги.
- Една точка показва само къде е засечена частицата, а не през кой процеп е минала.
Числа
Δy = λ · L / d
λ е дължината на вълната, L – разстоянието до екрана, d – разстоянието между процепите. При 600 nm, 0,30 mm и 1 m ивиците са през 2,0 mm.
И електроните имат дължина на вълната: λ = h / p, където p е импулсът им. По-високото ускоряващо напрежение дава по-бързи електрони, по-малка дължина на вълната и по-тесни ивици. При 600 V тя е около 0,050 nm.
Под капака (17–18 години)
Шансът за място на екрана под ъгъл θ следва интензитета
I = cos²φ · (sin β / β)²
с φ = π · d · sin θ / λ и β = π · a · sin θ / λ, където a е ширината на процепа. Първата част дава ивиците, втората – светлата средна зона. Когато пътят се отбелязва, остава само втората част. Моделът казва къде е шансът да се засече частица; той не твърди какво „прави“ частицата между източника и екрана.
Знаеш ли
Опитът с два процепа е класически; версията с единични частици е правена със светлина и с електрони.
Никога не гледай в лазерен лъч и не го насочвай към очите на хора или животни. Лъчът, отразен от гладка повърхност, също е опасен. Опитите с електрони искат вакуум и високо напрежение – правят се само в лаборатория.