شرح تجربة الشق المزدوج توماس يونج وحل أسئلة

تُعد تجربة الشق المزدوج من أشهر التجارب الفيزيائية التي غيّرت نظرتنا إلى طبيعة الضوء والمادة، وأسهمت في تأسيس علم ميكانيكا الكم. أجراها العالم توماس يونغ في بداية القرن التاسع عشر لإثبات أن الضوء يتصرف كموجة، لكن المفاجأة الكبرى جاءت لاحقًا عندما تم تكرار التجربة باستخدام الإلكترونات والجسيمات، فظهر أن سلوك المادة قد يتغير حسب وجود المراقبة. تكشف هذه التجربة عن العلاقة العميقة بين الراصد والمرصود في العالم الكمومي، وتطرح تساؤلات فلسفية وعلمية جوهرية حول طبيعة الواقع. وفي هذا المقال في موقع مفاهيم نتعرف على إجابة التساؤلات حول تجربة الشق المزدوج.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• ما هي تجربة الشق المزدوج؟
  • لماذا هذه التجربة غريبة؟
  • ماذا تعني هذه التجربة؟
  • من قام بها؟
• ما هي نظرية تجربة الشق المزدوج ليونج؟
  • أهداف نظرية الشق المزدوج
  • نتائج تجربة يونغ
  • أهمية نظرية الشق المزدوج
• في تجربة الشق المزدوج ينتج عن التداخل البناء أهداب معتمة
• الضوء المستخدم في تجربة تداخل الشق المزدوج تجربة يونج ضوء احادي اللون له طول موجي واحد فقط صح ام خطا؟
• في تجربة يونج (تداخل الشق المزدوج) تتناقص شدة إضاءة الأهداب المضيئة كلما ابتعدنا عن الهدب المركزي صواب أم خطأ؟
• في تجربة الشق المزدوج للإلكترونات، عند عدم مراقبة الإلكترونات أثناء مرورها من الشقوق، يظهر نمط تداخل على الشاشة. ماذا يحدث إذا وُضِع جهاز لقياس مسار الإلكترونات؟؟
• عند زيادة المسافه بين حاجز الشق المزدوج وحائل إستقبال الهدب في تجربة يونج؟
• المعادلة المستخدمة في حساب الطول الموجي من تجربة الشق المزدوج هي
• مسائل على تجربة الشق المزدوج

ما هي تجربة الشق المزدوج؟

تجربة الشق المزدوج (Double-slit Experiment) هي واحدة من أشهر التجارب في تاريخ الفيزياء، وقد لعبت دورًا كبيرًا في فهم طبيعة الضوء والمادة، وساعدت على تأسيس ميكانيكا الكم. إليك شرحًا مبسطًا لها: في هذه التجربة، يُطلَق ضوء (أو جسيمات مثل الإلكترونات) نحو حاجز فيه شقين صغيرين متوازيين، وخلف الحاجز يوجد شاشة تستقبل ما يمرّ من الشقّين، فما الذي يحدث؟

1. عند استخدام الضوء أو الإلكترونات بدون مراقبة:

• يظهر على الشاشة نمط تداخل (interference pattern)، وهو نمط مكون من شرائط مضيئة ومظلمة متناوبة.
• هذا النمط يوحي بأن الموجات الخارجة من الشقّين تتداخل مع بعضها، أي أن الضوء أو الإلكترونات تتصرف كموجات.

2. عند مراقبة أي شق عبره الجسيم مرّ:

• يختفي نمط التداخل ويظهر بدلاً منه نمط جسيمي (مثل نقطتين خلف كل شق).
• كأن الجسيمات تتصرف كجسيمات فقط عندما نراقبها، ولا تُظهر التداخل الموجي.

لماذا هذه التجربة غريبة؟

• حين لا نراقب الإلكترون، يتصرف كما لو كان يمر عبر الشقين معًا ويتداخل مع نفسه.
• حين نراقبه، يتصرف كأنه يمر من شق واحد فقط.
• مجرّد المراقبة يغير النتيجة!

ماذا تعني هذه التجربة؟

• لا يمكن فصل الملاحظ عن الراصد في ميكانيكا الكم.
• للجسيمات خواص موجية وجسيمية (مبدأ الازدواجية).
• هناك حدود فلسفية وعلمية لفهم الواقع في عالم الكم.

من قام بها؟

• أول من قام بها هو توماس يونغ عام 1801 باستخدام الضوء.
• ثم أعيدت التجربة لاحقًا باستخدام الإلكترونات والفوتونات وحتى الجزيئات الكبيرة مثل "الفوليرينات".

ما هي نظرية تجربة الشق المزدوج ليونج؟

نظرية تجربة الشق المزدوج لتوماس يونغ (Young's Double-Slit Experiment) هي تجربة فيزيائية أجراها العالم توماس يونغ عام 1801م لإثبات أن الضوء يتصرف كموجة وليس كجسيم فقط، كما كان يُعتقد في زمنه. وتُعتبر هذه التجربة حجر الأساس في نظرية الموجات الضوئية.

ما هي نظرية تجربة الشق المزدوج ليونغ؟

"عندما يمر الضوء من خلال شقين ضيقين متوازيين، فإن موجات الضوء الخارجة من كل شق تتداخل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى ظهور نمط من الخطوط المضيئة والمظلمة على الشاشة المقابلة."

1. الضوء كموجة:

• كل شق يعمل كمصدر لموجات ضوئية.
• هذه الموجات تنتشر وتلتقي على الشاشة.

2. التداخل البنّاء (الخطوط المضيئة):

• يحدث عندما تلتقي قمم الموجتين (أو قيعانهما) معًا.
• فتزداد شدة الضوء وتظهر خيوط مضيئة.

3. التداخل الهدّام (الخطوط المظلمة):

• يحدث عندما تلتقي قمة موجة مع قاع موجة أخرى.
• فتلغي الموجتان بعضهما ويظهر خط مظلم.

أهداف نظرية الشق المزدوج

• دحض فكرة أن الضوء يتكون فقط من جسيمات (كما كان يُعتقد وفقًا لنيوتن).
• إثبات أن الضوء له طبيعة موجية.

نتائج تجربة يونغ

• نمط تداخل على الشاشة: الضوء يتصرف كموجة ويتداخل
• وجود مناطق مظلمة: ناتج عن التداخل الهدّام
• مناطق مضيئة: ناتج عن التداخل البنّاء

أهمية نظرية الشق المزدوج

• دعمت بقوة نظرية الموجات للضوء.
• مهّدت الطريق لاحقًا لفهم ظواهر أكثر تعقيدًا في ميكانيكا الكم.
• لا تزال تُستخدم حتى اليوم لتفسير سلوك الموجات (الضوء، الصوت، الإلكترونات...).

في تجربة الشق المزدوج ينتج عن التداخل البناء أهداب معتمة

الإجابة. هي: ❌ خاطئة.

في تجربة الشق المزدوج: التداخل البنّاء (Constructive Interference) ⇒ يؤدي إلى أهداب مضيئة، والتداخل الهدّام (Destructive Interference) ⇒ يؤدي إلى أهداب معتمة.

الضوء المستخدم في تجربة تداخل الشق المزدوج تجربة يونج ضوء احادي اللون له طول موجي واحد فقط صح ام خطا؟

الإجابة: صح.

في تجربة تداخل الشق المزدوج (تجربة يونغ)، يتم استخدام ضوء أحادي اللون (Monochromatic light)، أي: ضوء له طول موجي واحد فقط، مثل ضوء الليزر أو ضوء مصباح الصوديوم

لأن استخدام ضوء له طول موجي واحد يعطي:

• نمط تداخل واضح ومنتظم
• أهداب (شرائط) مضيئة ومعتمة بدقة
• أما إذا استُخدم ضوء أبيض (أطوال موجية متعددة)، فسيظهر نمط غير منتظم ومشتت.

في تجربة يونج (تداخل الشق المزدوج) تتناقص شدة إضاءة الأهداب المضيئة كلما ابتعدنا عن الهدب المركزي صواب أم خطأ؟

الإجابة: صواب.

في تجربة يونغ (تداخل الشق المزدوج)، وكلما ابتعدنا عن الهدب المركزي (الهدب المضيء الرئيسي)، فإن:

• شدة إضاءة الأهداب المضيئة تتناقص تدريجيًا.
• لأن الطاقة الموجية تتوزع على مساحات أكبر.
• والزوايا تصبح أكبر، فيقل التداخل البنّاء الفعّال.

في تجربة الشق المزدوج للإلكترونات، عند عدم مراقبة الإلكترونات أثناء مرورها من الشقوق، يظهر نمط تداخل على الشاشة. ماذا يحدث إذا وُضِع جهاز لقياس مسار الإلكترونات؟؟

الإجابة هي ب. يختفي نمط التداخل ويظهر نمط الجسيمات.

في تجربة الشق المزدوج باستخدام الإلكترونات:

• بدون مراقبة: الإلكترونات تتصرف كموجات، وتُظهر نمط تداخل على الشاشة (كما لو أن كل إلكترون مرّ من الشقين في نفس الوقت وتداخل مع نفسه).
• عند استخدام جهاز لقياس أي شق مرّ به الإلكترون: يتم "رصد" مسار الإلكترون، فيفقد طبيعته الموجية ويتصرف كـ جسيم، ويظهر على الشاشة نمط جسيمي (نقطتان خلف الشقين، بدون تداخل).
• بمجرد مراقبة الإلكترون تؤثر على سلوكه الكمومي وتمنعه من التداخل، فيتحول إلى سلوك جسيمي واضح.

عند زيادة المسافه بين حاجز الشق المزدوج وحائل إستقبال الهدب في تجربة يونج؟

الإجابة هي: تزداد المسافة بين الهدب المضيء.

عند زيادة المسافة بين الحاجز والحائل في تجربة يونج، تزداد المسافة بين الأهداب المضيئة.

المعادلة المستخدمة في حساب الطول الموجي من تجربة الشق المزدوج هي

الإجابة هي: المعادلة هي: λ = (d * y) / L

في تجربة شقي يونغ، الطول الموجي (λ) هو المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين في الموجة الضوئية التي تُستخدم في التجربة، ويُقاس عادة بالمتر (m) أو بالنانو متر (nm) في حالة الضوء.

المعادلة المستخدمة في حساب الطول الموجي (λ) للضوء في تجربة الشق المزدوج هي، حيث:

المعادلة هي: λ = (d * y) / L

• λ= الطول الموجي للضوء (بوحدة المتر).
• y= المسافة بين الهدب المركزي والهدب المضيء (أو المظلم) المطلوب قياسه على الشاشة (متر)
• d= المسافة بين الشقين (متر).
• L=المسافة بين الشقين والشاشة (متر)

مسائل على تجربة الشق المزدوج

إليك مسائل محلولة على تجربة الشق المزدوج لتثبيت الفهم وتطبيق قانون الطول الموجي:

المسألة: حساب الطول الموجي

المعطيات:

• المسافة بين الشقين: d=0.25mm=0.00025m
• المسافة إلى الشاشة: L=1.2m
• المسافة بين الهدب المركزي والهدب المضيء الأول: y=4.8 mm=0.0048 m

المطلوب:

• حساب الطول الموجي λ.

الجواب:

• λ=0.00025×0.0048 / 1.2​ إذن الطول الموجي = 1000 نانومتر (في مجال الأشعة تحت الحمراء).