ヤング実験と二重スリット干渉
1801年にトーマス・ヤングが行った二重スリット実験は光の波動性を決定的に示しました。明暗の縞の間隔から光の波長を求める方法を習得します。
基本知識
ヤングの二重スリット実験:
スリット間隔 d、スリットからスクリーンまでの距離 L（L >> d）のとき、スクリーン上に干渉縞が生じます。
スクリーン中央から y の位置での経路差（近似）: Δ ≈ dy/L
・明線（強め合い）条件: dy/L = mλ → ym = mλL/d（m = 0, ±1, ±2, …）
・暗線（弱め合い）条件: dy/L = (m + 1/2)λ → ym = (m + 1/2)λL/d
明線の間隔（隣り合う明線の距離）: Δy = λL/d
これを使うと: λ = Δy × d / L（波長の実験的決定）
📘 重要用語
二重スリット実験（ヤング実験）（平行な 2 つのスリットからの光の干渉でスクリーンに縞を作る）
干渉縞の間隔 Δy = λL/d（波長・スリット距離・スクリーン距離から決まる）
コヒーレント光源（干渉縞を作るには 2 スリットが同位相波を出す必要がある。通常は単スリットで回折させた光を使う）
明線（輝線）/ 暗線（暗帯）（強め合いの場所 / 弱め合いの場所）
波長の測定（Δy = λL/d から λ = Δy × d/L）
二重スリット実験（ヤング実験）（平行な 2 つのスリットからの光の干渉でスクリーンに縞を作る）
干渉縞の間隔 Δy = λL/d（波長・スリット距離・スクリーン距離から決まる）
コヒーレント光源（干渉縞を作るには 2 スリットが同位相波を出す必要がある。通常は単スリットで回折させた光を使う）
明線（輝線）/ 暗線（暗帯）（強め合いの場所 / 弱め合いの場所）
波長の測定（Δy = λL/d から λ = Δy × d/L）
深掘り (背景・意義)
ヤング実験は光の波動説（フレネル・ヤング）とニュートンの粒子説が激突した時代に決着をつけた歴史的実験です。
現代では単一光子や電子を一個ずつ二重スリットに通しても干渉縞が現れることが確認されており、量子力学の「波粒二重性」の核心を示します（電子 1 個が「どちらのスリットを通るか」を観測すると干渉縞が消える）。
Δy = λL/d から: d を小さく（スリットを近づける）・L を大きく（遠くのスクリーン）すると縞の間隔が広がり観察しやすくなります。実用的にはレーザー光を使いコヒーレンシーを確保します。
💡 ポイント
- 明線間隔 Δy = λL/d（3 量から波長計算）
- 明線条件: dy/L = mλ（m 次の明線）
- 暗線条件: dy/L = (m+1/2)λ
- λ = Δy × d/L で波長を実験決定
- d を小さく・L を大きくすると縞が広がる
注意点 (混同しやすい)
① Δy = λL/d の d は「スリット間隔」（スリット幅ではない）。② L >> d の近似の上で成立する式。問題文で確認。③ m 次の明線の y 座標は ym = mλL/d（m = 0 が中央の明線）。④ 暗線の場所で光が「消える」のではなく他の明線にエネルギーが再分配される（エネルギー保存）。
練習
- スリット間隔 d = 0.50 mm、スクリーンまで L = 2.0 m のとき、明線間隔が 2.0 mm だった。光の波長を求めよ。
- 上の条件でスリット間隔を 2 倍にすると明線間隔はどうなるか。
- ヤング実験でスクリーンに干渉縞が観察された。これは光の何を示す証拠か。またそれが示せる理由も説明しなさい。