تجربة يونغ للتداخل

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

تجربة يونغ للتداخل هي إحدى التجارب البصرية العديدة التي وصفها أو أجراها توماس يونغ في بداية القرن التاسع عشر لإثبات النظرية الموجية للضوء . وقد لعبت هذه التجارب دورًا رئيسيًا في قبول النظرية الموجية للضوء . [ 1 ] ومن هذه التجارب النسخة الأصلية من تجربة الشق المزدوج الحديثة .

خلفية

في النصف الثاني من القرن السابع عشر، نُوقشت فرضيتان حول طبيعة الضوء. [ 2 ] دافع روبرت هوك وكريستيان هيغنز عن نظرية الموجات، بينما طوّر إسحاق نيوتن ، الذي أجرى العديد من التجارب على الضوء، نظريته الجسيمية للضوء ، والتي بموجبها ينبعث الضوء من جسم مضيء على شكل جسيمات متناهية الصغر. وبحلول نهاية القرن الثامن عشر، منحت شهرة نيوتن كفيزيائي بارز نظرية الانبعاث تقدماً كبيراً. حتى ليونارد أويلر الشهير ، الذي أيّد نظرية الموجات، لم يتمكن من تشجيع مناقشتها. [ 2 ] : xxiii [ 3 ] : 13

عمل يونغ في نظرية الموجات

من كتاب نُشر عام 1807 يروي محاضرات ألقاها يونغ عام 1802 في المؤسسة الملكية بلندن
صفحة العنوان لمنهج يونغ لدورة محاضرات في الفلسفة الطبيعية والتجريبية (1802)

أثناء دراسته للطب في غوتينغن في تسعينيات القرن الثامن عشر، كتب يونغ أطروحة عن الصوت البشري. [ 4 ] لممارسة الطب في إنجلترا، كان على يونغ قضاء ثلاث سنوات في إحدى الجامعات الإنجليزية. [ 5 ] : 55 استغل يونغ تلك الفترة في كامبريدج للعمل على الخصائص الفيزيائية والرياضية للصوت. تناول عمله تراكب الموجات الصوتية، أي كيفية اندماج موجتين مستقلتين، والتداخل، وهو نتيجة هذا الاندماج. كان التراكب مفهومًا قبل يونغ لأنه كان معروفًا أن موجتين صوتيتين يمكنهما المرور عبر بعضهما البعض. أما التداخل فكان أقل فهمًا لأن تردد الموجتين يؤثر على نتيجة الاندماج. [ 3 ] : 27

في عام 1800، قدّم ورقة بحثية إلى الجمعية الملكية (كُتبت عام 1799) جادل فيها بأن الضوء هو أيضاً حركة موجية. قوبلت فكرته بقدر من الشك لأنها تناقض نظرية نيوتن الجسيمية. ومع ذلك، واصل تطوير أفكاره. كان يعتقد أن النموذج الموجي يُمكنه تفسير العديد من جوانب انتشار الضوء بشكل أفضل بكثير من النموذج الجسيمي.

تقودنا فئة واسعة جدًا من الظواهر بشكل مباشر إلى نفس النتيجة؛ وتتألف هذه الظواهر أساسًا من إنتاج الألوان بواسطة ألواح شفافة، وعن طريق الانعراج أو الانعكاس، ولم يُفسَّر أي منها على افتراض الانبعاث، بطريقة دقيقة أو شاملة بما يكفي لإرضاء حتى أكثر مؤيدي نظام المقذوفات صراحةً؛ بينما من ناحية أخرى، يمكن فهمها جميعًا على الفور، من خلال تأثير تداخل الضوء المزدوج، بطريقة مشابهة تقريبًا لتلك التي تُشكِّل في الصوت إحساسًا بالنبض، عندما يُسمع اهتزاز وترين يشكلان انسجامًا غير كامل معًا. [ 6 ]

رسم توماس يونغ للتداخل بناءً على ملاحظات موجات الماء [ 7 ]

ألقى يونغ محاضرة جائزة بيكريان للجمعية الملكية في أعوام 1800 و1801 و1803. [ 8 ] وصفت محاضرة عام 1801، بعنوان "حول نظرية الضوء والألوان"، ظواهر تداخل متنوعة، ونُشرت عام 1802. [ 9 ] في هذه المحاضرات، برهن يونغ على تداخل الموجات المائية الميكانيكية باستخدام خزان تموجات ، يتكون من شمعة تُضيء قاع خزان زجاجي مع مرآة بزاوية 45 درجة فوقه. [ 5 ] : 108 تضمنت محاضراته المنشورة رسمًا تخطيطيًا لنمط التداخل الناتج عن مصدرين لموجات ميكانيكية متساوية التردد. [ 3 ] : 55

ظهر أول سرد منشور لما أسماه يونغ "قانونه العام" للتداخل في يناير 1802، في كتابه " مقرر دورة محاضرات في الفلسفة الطبيعية والتجريبية" :

لكن القانون العام الذي تحكم كل هذه المظاهر يمكن استنتاجه بسهولة بالغة من تداخل موجتين متزامنتين، إما أن تتعاونا أو تدمرا بعضهما البعض، بنفس الطريقة التي تنتج بها نغمتان موسيقيتان توترًا وهبوطًا متبادلين، في دقات لحن غير متناغم تمامًا. [ 10 ]

نُشرت أولى محاضرات يونغ حول الخباز في ربيع عام 1802. [ 11 ]

العلاقة بتجربة الشق المزدوج

في عام 1803، وصف يونغ تجربةً باستخدام شقين. تُعتبر هذه التجربة في العصر الحديث برهانًا كلاسيكيًا هامًا على نظرية الموجة للضوء. مع ذلك، ليس من الواضح أيّ التجارب أجراها يونغ وأيّها وصفها بأنها تجارب فكرية. [ 3 ] : 118 [ 7 ] : 20

تعتمد النسخة الأولى من تجربة يونغ على عكس ضوء الشمس (باستخدام مرآة توجيه) عبر ثقب صغير، ثم تقسيم الشعاع الرقيق إلى نصفين باستخدام بطاقة ورقية. [ 5 ] : 122 [ 12 ] [ 13 ]

ويذكر أيضاً إمكانية تمرير الضوء عبر شقين في وصفه للتجربة:

رسم توضيحي حديث لتجربة الشق المزدوج

بافتراض أن الضوء ذو أي لون معين يتكون من تموجات ذات عرض أو تردد محدد، فإنه يترتب على ذلك أن هذه التموجات ستكون عرضة لتلك التأثيرات التي سبق أن درسناها في حالة أمواج الماء ونبضات الصوت. وقد تبين أن سلسلتين متساويتين من الموجات، تنطلقان من مركزين متقاربين، يمكن ملاحظة كيف تلغي إحداهما تأثير الأخرى عند نقاط معينة، وكيف تضاعفها عند نقاط أخرى؛ وقد تم تفسير تداخل صوتين من خلال تداخل مماثل. والآن، سنطبق المبادئ نفسها على التناوب بين اتحاد الألوان وانطفائها. ولكي تتحد تأثيرات جزأين من الضوء بهذه الطريقة، من الضروري أن يكونا مشتقين من نفس المصدر، وأن يصلا إلى نفس النقطة عبر مسارات مختلفة، في اتجاهات لا تنحرف كثيرًا عن بعضها البعض. ويمكن أن ينتج هذا الانحراف في أحد الجزأين أو كليهما عن طريق الحيود، أو الانعكاس، أو الانكسار، أو أي من هذه التأثيرات مجتمعة. لكن أبسط الحالات تبدو كما لو أن شعاعًا من الضوء المتجانس يسقط على شاشة بها فتحتان أو شقان صغيران جدًا، يمكن اعتبارهما مركزين للتباعد، حيث ينحرف الضوء منهما في جميع الاتجاهات. في هذه الحالة، عندما يستقبل سطح موضوع بحيث يعترض الشعاعين المتشكلين حديثًا، ينقسم ضوؤهما بواسطة خطوط داكنة إلى أجزاء متساوية تقريبًا، لكنها تتسع كلما ابتعد السطح عن الفتحتين، بحيث تشكل زوايا متساوية تقريبًا من الفتحتين عند جميع المسافات، وتتسع أيضًا بنفس النسبة كلما اقتربت الفتحتان من بعضهما. يكون الجزء الأوسط من الجزأين مضيئًا دائمًا، وتقع الخطوط المضيئة على كل جانب على مسافات تجعل الضوء القادم إليها من إحدى الفتحتين يمر عبر مسافة أطول من الضوء القادم من الأخرى، بفاصل زمني يساوي عرض تموج واحد أو اثنين أو ثلاثة أو أكثر من التموجات المفترضة، بينما تتوافق المساحات المظلمة الفاصلة مع فرق يساوي نصف تموج مفترض، أو واحد ونصف، أو اثنين ونصف، أو أكثر. [ 6 ]

نقد

في عامي 1803 و1804، نُشرت سلسلة من المقالات المجهولة التي انتقدت نظريات يونغ في مجلة إدنبرة ريفيو . نجح الكاتب المجهول (الذي تبين لاحقًا أنه هنري بروهام ، أحد مؤسسي المجلة ) في تقويض مصداقية يونغ لدى القراء لدرجة أن دار نشر كانت قد تعهدت بنشر محاضرات يونغ في المؤسسة الملكية تراجعت عن الصفقة. دفعت هذه الحادثة يونغ إلى التركيز أكثر على ممارسته الطبية وأقل على الفيزياء . [ 5 ]

قبول النظرية الموجية للضوء

في عام ١٨١٧، كان علماء نظرية الجسيمات في الأكاديمية الفرنسية للعلوم، ومن بينهم سيميون دينيس بواسون، على ثقة تامة لدرجة أنهم اختاروا موضوع الحيود لجائزة العام التالي، ليقينهم بأن عالمًا في نظرية الجسيمات سيفوز بها. [ ١٤ ] قدّم أوغستين-جان فرينل أطروحة مبنية على نظرية الموجات، ومضمونها عبارة عن توليف بين مبدأ هيغنز ومبدأ يونغ للتداخل . [ ٢ ] وبصفته مؤيدًا لنظرية الجسيمات للضوء، درس بواسون نظرية فرينل بتفصيل بحثًا عن طريقة لإثبات خطئها. اعتقد بواسون أنه وجد ثغرة عندما جادل بأن إحدى نتائج نظرية فرينل هي وجود بقعة مضيئة على المحور في ظل عائق دائري يحجب مصدرًا نقطيًا للضوء، حيث يفترض أن يكون هناك ظلام دامس وفقًا لنظرية الجسيمات للضوء. أعلن بواسون أن نظرية فرينل لا يمكن أن تكون صحيحة: من المؤكد أن هذه النتيجة سخيفة. مع ذلك، رأى رئيس اللجنة، دومينيك فرانسوا جان أراغو، ضرورة إجراء تجربة. فقام بتشكيل قرص معدني قطره 2 مم على لوح زجاجي باستخدام الشمع [ 15 ] ، ولاحظ البقعة المتوقعة. وقد أقنع هذا معظم العلماء بالطبيعة الموجية للضوء. وفي النهاية، فاز فرينل بالمسابقة. ولاحظ أراغو لاحقًا أن هذه الظاهرة (التي تُسمى أحيانًا بقعة أراغو ) قد رصدها جوزيف نيكولا ديليسل [ 1 ] من قبل.

انظر أيضاً

مراجع

الحواشي

الاقتباسات

  1. 1 2 Heavens, OS; Ditchburn, RW (1991). Insight into Optics . John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-92769-3.
  2. 1 2 3 بورن، م.؛ وولف ، إ. (1999). مبادئ البصريات . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-64222-4.
  3. 1 2 3 4 كيبنيس، ناحوم (1991). تاريخ مبدأ تداخل الضوء . بازل: بيركهاوزر بازل. doi : 10.1007/978-3-0348-8652-9 . ISBN 978-3-0348-9717-4.
  4. ↑ بيسيك، بيتر (يناير 2013). "البصريات الموسيقية لتوماس يونغ: ترجمة الصوت إلى ضوء" . أوزيريس . 28 (1): 15-39 . doi : 10.1086/671361 . ISSN 0369-7827 . 
  5. 1 2 3 4 روبنسون، أندرو (2006). الرجل الأخير الذي عرف كل شيء . نيويورك، نيويورك: دار نشر باي. الصفحات 115-120 . ISBN  0-13-134304-1.
  6. 1 2 يونغ، ت. (1807). سلسلة محاضرات في الفلسفة الطبيعية والفنون الميكانيكية . المجلد 1. ويليام سافاج . المحاضرة 39، الصفحات 463-464. doi : 10.5962/bhl.title.22458 . 
  7. 1 2 روثمان، ت. (2003). كل شيء نسبي وخرافات أخرى في العلوم والتكنولوجيا . جون وايلي وأولاده . ISBN 978-0-471-20257-8.
  8. ↑ "أسئلة وأجوبة مع المؤلف مايكل لاند بمناسبة الذكرى السنوية الـ 350 | الجمعية الملكية" . royalsociety.org . تاريخ الاطلاع: 28 سبتمبر 2025 .
  9. ↑ يونغ، ت. (1802). "محاضرة بيكريان: في نظرية الضوء والألوان" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن . 92 : 12-48 . doi : 10.1098/rstl.1802.0004 . JSTOR 107113 . 
  10. ↑ يونغ، توماس (1802). منهج دورة محاضرات في الفلسفة الطبيعية والتجريبية . لندن: دبليو. سافاج لصالح المؤسسة الملكية. ص 117. 
  11. ↑ مولون، جيه دي (2002). "أصول مفهوم التداخل" . المعاملات الفلسفية: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 360 (1794): 807-819 . ISSN 1364-503X . 
  12. ↑ شنايدر، والتر (1 أبريل 1986). "جلب إحدى اللحظات العظيمة في تاريخ العلوم إلى الفصل الدراسي" . مُعلّم الفيزياء . 24 (4): 217-219 . doi : 10.1119/1.2341987 . ISSN 0031-921X . مؤرشف من الأصل في 31 مارس 2022. تم الاطلاع عليه في 30 سبتمبر 2025 . 
  13. ↑ فيريتاسيوم (19 فبراير 2013)، تجربة الشق المزدوج الأصلية ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يوليو 2017
  14. ↑ ماسون، ب. (1981). الضوء الرائع . كتب بنغوين . ISBN 978-0-14-006129-1.
  15. ^ فريسنل ، آي جي (1868). Oeuvres Completes d'Augustin Fresnel: Théorie de la Lumière . الطباعة الإمبراطورية . ص. 369.