Хотите быть в курсе последних новостей из мира науки и техники? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен — там регулярно появляются статьи, которых нет на сайте!
Опыт Юнга
Эксперимент Юнга (также называемый интерферометром Юнга с двойной щелью) — это первая версия эксперимента с двойной щелью, проведенного Томасом Юнгом для демонстрации интерференции и преломления света, что является доказательством волновой теории света. Результаты эксперимента были опубликованы в 1803 году.
- 1 Описание опыта
- 2 Условия для интерференции
- 2.1 Когерентность источника света
- 2.2 Влияние ширины щелей
- 2.3 Влияние расстояния между щелями
- 5.1 Со светом
- 5.2 С механическими волнами
Описание опыта
В эксперименте монохроматический пучок света направляется на непрозрачный экран с двумя параллельными щелями, за которым находится проекционная поверхность. Ширина щели должна быть как можно ближе к длине волны излучаемого света (влияние ширины щели на интерференцию обсуждается ниже). Проекционный экран производит серию чередующихся интерференционных полос, продемонстрированных Томасом Юнгом.
Если предположить, что свет состоит из частиц (теория частиц света), то мы увидим только две параллельные полосы света, проходящие через щели в проекционном экране. В промежутках проекционная поверхность остается практически неосвещенной.
Если, с другой стороны, предположить, что свет является распространяющейся волной (волновая теория света), то согласно принципу Гюйгенса каждая щель является источником вторичных волн.
Вторичные волны приходят в точки, равноудаленные от щелей, с одинаковой фазой. Поэтому их амплитуды встретятся в центре экрана и образуют яркостный максимум. То есть, самый яркий главный пик находится в точке, где, согласно теории частиц, светимость должна быть нулевой. Боковые максимумы симметрично расположены с обеих сторон в точках, для которых разность путей световых лучей равна целому числу волн.
С другой стороны, волны в точках, удаленных от центральной линии, для которых разность путей равна нечетному числу полуволн, находятся в противофазе, т.е. их амплитуды смещены, что приводит к минимумам светимости (темным зонам).
Поэтому, когда вы удаляетесь от центральной линии, яркость периодически меняется, увеличиваясь до максимума, а затем снова уменьшаясь.
Условия для интерференции
Когерентность источника света
Интерференцию можно наблюдать только с когерентными источниками света, но создать два разных когерентных источника практически невозможно. Поэтому все интерференционные эксперименты основаны на генерации двух или более вторичных источников из одного когерентного первичного источника с помощью различных оптических систем. В эксперименте Янга когерентными источниками являются две щели в экране.
Влияние ширины щелей
Интерференционная картина появляется на экране, когда ширина щелей приближается к длине волны излучаемого монохроматического света. По мере увеличения ширины щелей яркость экрана увеличивается, но интенсивность минимумов и максимумов интерференционной картины уменьшается до полного исчезновения.
Влияние расстояния между щелями
Частота повторения интерференционных полос увеличивается непосредственно с расстоянием между щелями, в то время как ширина дифракционной картины остается постоянной и зависит только от ширины щелей.
Термины
- Разрушительные помехи – волны мешают и не соответствуют друг другу.
- Конструктивные помехи – волны мешают в гребнях, но совпадают по фазе.
Эксперимент с двойной щелью показывает, что материя и энергия могут вести себя как волны или частицы. В 1628 году Христиан Гюйгенс доказал, что свет ведет себя как волна. Но некоторые люди не согласились с этим, в первую очередь Исаак Ньютон. Он считал, что для объяснения потребуются хроматическая интерференция и дифракционные эффекты. До 1801 года никто не верил, что свет — это волна, пока не появился Томас Юнг со своим экспериментом с двойной щелью — экспериментом Юнга. Он сделал две вертикальные щели близко друг к другу (примерное расстояние между щелями в эксперименте Юнга показано на рисунке ниже), пропустил через них свет и наблюдал за рисунком, который тот создавал на стене.
Свет проходит через две вертикальные щели и преломляется в две горизонтальные вертикальные линии. Если бы не было преломления и интерференции, свет просто создавал бы две линии
Двойственность волновых частичек
Благодаря волновым свойствам свет проходит через щели и сталкивается, создавая на стене светлые и темные участки. Он рассеивается и поглощается стеной и приобретает свойства частиц.
Почему опыт Юнга с двумя щелями был настолько убедительным? Гюйгенс был изначально прав, но не смог доказать свои выводы на практике. Свет имеет относительно короткую длину волны, поэтому для проявления он должен вступить в контакт с чем-то маленьким.
В данном примере используются два когерентных источника света с одинаковой монохроматической длиной волны (в одинаковой фазе). Это означает, что два источника вызывают конструктивную или ложную интерференцию.
Конструктивные и деструктивные помехи
Конструктивная интерференция — это когда волны интерферируют на пиках, но совпадают по фазе. Это усиливает результирующую волну. Деструктивные полностью интерферируют друг с другом и не совпадают, аннулируя волну.
Две щели образуют два источника когерентных волн, которые интерферируют друг с другом. (a) — Свет рассеивается на каждой щели, поскольку она слишком узкая. Волны накладываются друг на друга и взаимодействуют структурно (светлые линии) и деструктивно (темные области). ( b) — Схема двойной щели для водных волн почти идентична схеме для световых волн. Наибольшая активность наблюдается в зонах деструктивных помех. (c) — Когда свет падает на экран, получается аналогичный рисунок.
Амплитуды волн складываются. (a) — Чистая конструктивная интерференция возможна, когда одинаковые волны сходятся в фазе. (b) — Чистая деструктивная интерференция — одинаковые волны не сходятся точно по фазе.
Полученный рисунок не является случайным. Каждый слот находится на определенном расстоянии. Все волны начинаются с одинаковой фазой, но расстояние между точкой стены и щелью создает тип интерференции.
Эффект наблюдателя в психологии
Одним из первых проявлений эффекта наблюдателя в социальной психологии считается эксперимент на заводе Western Electric в США. Группа ученых под руководством психолога Джорджа Элтона Майо изменила условия труда на фабрике, чтобы выяснить, какие из них оказывают наибольшее влияние на производительность. Эксперимент проводился в несколько этапов и длился в общей сложности восемь лет.
Даже в тех случаях, когда условия труда были трудными и непривычными, рабочие фабрики сохраняли свою производительность, а в некоторых случаях даже повышали ее. Исследователи пришли к выводу, что на поведение рабочих положительно повлияло присутствие наблюдателей и осознание того, что они принимают участие в важном эксперименте. Другими словами, люди изменили свое поведение, потому что за ними наблюдали. Позже это было названо «эффектом Хоторна».
Исследователи до сих пор не пришли к единому мнению по этому поводу. Они все еще задаются вопросом, при каких обстоятельствах и в какой степени это может произойти. В 2013 году ученые изучили 19 исследований с данными об этом явлении. Они обнаружили, что хотя признаки Хоторнского эффекта присутствуют, собранного материала недостаточно, чтобы сделать однозначные выводы.
Но эксперимент на фабрике помог психологу Мэйо сформулировать свою доктрину человеческих отношений. Одним из самых важных принципов была важность сотрудничества между руководством и сотрудниками. Мэйо считал, что межличностные отношения оказывают непосредственное влияние на производство и продуктивность. Изучение межличностных отношений сегодня преподается как учебная дисциплина в школах бизнеса и менеджмента.
Эффект наблюдателя в социологии
Гораздо менее приятным проявлением феномена наблюдателя является «паноптикон» или, в современной интерпретации, «общество наблюдения».
В 18 веке английский философ Иеремия Бентам предложил утопическое сооружение «паноптикум» (греч. «всезнающий») для исправления правонарушителей — по сути, проект идеальной тюрьмы. Согласно его идее, заключенные размещаются в круглом здании в полностью прозрачных камерах. В то же время они не видят охранников и не знают, следят за ними или нет. Ощущение постоянного контроля создается благодаря абсолютной открытости и башне надзирателя в центре круга. Бентам был убежден, что человек, который считает, что за ним постоянно наблюдают, изменит свое поведение в лучшую сторону.
Идея Бентама об идеальной тюрьме была применена ко многим тюрьмам в Старом и Новом Свете. Фото.
Современные исследования не полностью подтверждают идею Бентама: например, компании, установившие на своих рабочих местах устройства мониторинга, позже обнаружили резкое увеличение текучести кадров, а не улучшение рабочего климата. А студенты, убежденные в том, что их сообщения и разговоры отслеживаются академическим персоналом, меняют свой тон и темы при общении в социальных сетях.
Технологические компоненты «общества наблюдения» — программы лояльности в розничной торговле, файлы cookie на веб-сайтах, национальные системы идентификации, рутинные медицинские проверки и т.д. — не вызывают сильных негативных реакций у большинства людей. Однако их влияние на поведение человека недостаточно изучено, чтобы доказать положительный эффект, в который верил Бентам.
Эффект наблюдателя в работе с данными
Другим интересным проявлением этого феномена является так называемый эффект вторичного наблюдателя.
Когда разные исследователи отбирают и обрабатывают данные, каждый из них использует свои собственные методы. Но даже относительно незначительные различия на этапе отбора могут привести к различному анализу одних и тех же данных. Этот результат создается самими исследователями, прямо или косвенно. Например, в одной базе данных информация одного периода была по ошибке включена в другой и стала доступна общественности без внимания исследователя или перепроверки информации.
