ヤングの二重スリット実験

実験の様子

この実験は非常に簡単です。必要なものは、写真のような二重スリット装置と、二重スリット装置を静止させるもの、そして、職人さんが建築中に直線を「描く」のに使うような優れたレーザーだけです。レーザーは支持されているので、意図的に動かすことはできない。2つのスリットの間の中心点を、1.5メートルほど離れたところから狙います。二重スリット装置の反対側には、映画のスクリーンのようなものや、滑らかな白い壁が数メートル離れて設置されている。すべてが固定されると、明暗の帯のパターンが現れます。

レーザーは一定量の電気を与えると、1つまたは複数の光子を発生させることができます。光子は非常に小さな穴から、よく知られた時間内に出てきます。光の速さは知られているので、光子が画面に現れる時間は予測できます。光子が一度に1つずつ生成される場合、スクリーン上に表示されるのは光の個々のスポットです。もし、光子が波であれば、光子が移動しながら広がり、画面の広い範囲に広がるはずですが、そうはなりません。もし光子が粒子であれば、真ん中の2つのスリットを介してレーザーに接続されたスクリーン上の2点に現れると期待されます。しかし、それも起きない。

ヤングがこの実験をしたとき、彼はレーザーを持っていなかった。彼は、光を水の波のように想像して理解した。池に落とした小石から波が広がるように、光源から光の波が移動し、その波面が二重スリットに当たると、二つのスリットで元の波が通り、それ以降は二つの異なる波があると考えたのです。2つの波がどのように相互作用して、画面上に明るい帯と暗い帯（よく「フリンジ」と呼ばれる）ができるのか、簡単に理解できたのである。光は波である」という説を証明したのだという。

しかし、大きな問題があった。光は波としてスクリーンを伝わっては来ないのだ。光は、光子の群れとして理解されるようになり、個々に検出スクリーンに衝突するようになった。ところが、驚くべきことに、1個の光子が、あたかも1個の波であるかのように、自分自身と干渉してしまうのだ。二重スリット装置で2つの波に分かれ、スクリーンで合体するのだ。

同じ装置で、スリットが1つ開いている場合と2つ開いている場合の比較（16本のフリンジに注目）。


Jはフリンジ間の距離。J = Dλ/B "D" = dist.S2 to F, λ = 波長, B = a to b の距離。

物理学への重要性

二重スリット実験は、量子力学の中心的なパズルを明確に説明したことで、古典的な思考実験となった。