ヤングの干渉実験

ヤングの干渉実験は、19世紀初頭にトーマス・ヤングが光の波動説を実証するために記述または実行した多数の光学実験のいずれかである。これらの実験は光の波動説の受容に大きな役割を果たした。^{[ 1 ]}そのような実験の1つは、現代の二重スリット実験の原型であった。

背景

17世紀後半には、光の性質に関する2つの仮説が議論された。^{[ 2 ]}ロバート・フックとクリスティアーン・ホイヘンスは波動説を提唱したが、光に関する多くの実験的研究を行ったアイザック・ニュートンは、光は発光体から微粒子の形で放出されるとする粒子説を提唱した。18世紀末までに、ニュートンは卓越した物理学者としての名声を確立し、放出説が圧倒的に優勢となった。波動説を支持した著名なレオンハルト・オイラーでさえ、その議論を促すことはできなかった。^{[ 2 ]}^{: xxiii}^{[ 3 ]}^{: 13}

ヤングの波動理論に関する研究

1790年代にゲッティンゲンで医学を学んでいたヤングは、人間の声に関する論文を執筆した。^{[ 4 ]}イギリスで医師として働くには、イギリスの大学で3年間学ぶ必要があった。^{[ 5 ]}^{: 55}彼はケンブリッジでのその期間を利用して、音の物理的および数学的性質の研究に取り組んだ。その研究は、音波の重ね合わせ、つまり2つの独立した波が組み合わさる方法と、干渉、つまり組み合わさった結果について扱っていた。重ね合わせは、2つの音波が互いにすり抜けることができることが知られていたため、ヤング以前にも理解されていた。干渉は、2つの波の周波数が組み合わさった結果に影響を与えるため、あまりよく理解されていなかった。^{[ 3 ]}^{: 27}

In 1800, he presented a paper to the Royal Society (written in 1799) where he argued that light was also a wave motion. His idea was greeted with a certain amount of skepticism because it contradicted Newton's corpuscular theory. Nonetheless, he continued to develop his ideas. He believed that a wave model could much better explain many aspects of light propagation than the corpuscular model:

A very extensive class of phenomena leads us still more directly to the same conclusion; they consist chiefly of the production of colours by means of transparent plates, and by diffraction or inflection, none of which have been explained upon the supposition of emanation, in a manner sufficiently minute or comprehensive to satisfy the most candid even of the advocates for the projectile system; while on the other hand all of them may be at once understood, from the effect of the interference of double lights, in a manner nearly similar to that which constitutes in sound the sensation of a beat, when two strings forming an imperfect unison, are heard to vibrate together.^[6]

Young presented the Royal Society Bakerian prize lecture in 1800, 1801, and 1803.^[8] The 1801 lecture, "On the Theory of Light and Colours" described various interference phenomena and was published in 1802.^[9] In these lectures, Young demonstrated interference of mechanical water waves using a ripple tank, consisting of a candle illuminating the bottom of a glass tank with a 45-degree mirror overhead.^[5]^:108 His published lectures included a sketch of the interference pattern from two sources of equal frequency mechanical waves.^[3]^:55

The first published account of what Young called his 'general law' of interference appeared in January 1802, in his book A Syllabus of a Course of Lectures on Natural and Experimental Philosophy:

But the general law, by which all these appearances are governed, may be very easily deduced from the interference of two coincident undulations, which either cooperate, or destroy each other, in the same manner as two musical notes produce an alternate intension and remission, in the beating of an imperfect unison.^[10]

The first of Young's Bakerian lectures was published in the spring of 1802.^[11]

Relation to the double-slit experiment

1803年、ヤングは2つのスリットを用いた実験について記述した。現代では、この実験は光の波動説の重要な古典的証明とみなされている。しかし、ヤングが実際に行った実験と、彼が思考実験として記述した実験は明確に区別されていない。^{[ 3 ]}^{： 118}^{[ 7 ]}^{： 20}

ヤングの実験の最初のバージョンでは、小さな穴を通して太陽光を反射させ（ステアリングミラーを使用）、紙カードを使用して細い光線を半分に分割します。^{[ 5 ]}^{： 122}^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

彼は実験の説明の中で、光を2つのスリットに通す可能性についても言及している。

ある特定の色の光が、ある一定の幅または一定の周波数の波動から構成されていると仮定すると、これらの波動は、すでに水の波や音のパルスの場合に調べたような影響を受けるはずです。互いに近い中心から発する 2 つの等しい波列は、ある点では互いの効果を打ち消し、別の点ではそれを倍増させることが示されており、2 つの音のうなりは、同様の干渉によって説明されています。今度は、同じ原理を色の交互の結合と消滅に適用します。このように 2 つの光の部分の効果を組み合わせるためには、それらが同じ起源から発生し、互いにあまりずれない方向で異なる経路で同じ点に到達することが必要です。このずれは、回折、反射、屈折、またはこれらの効果の組み合わせによって、一方または両方の部分で発生する可能性があります。しかし、最も単純なケースは、均質な光線が、2つの非常に小さな穴またはスリットがあるスクリーンに照射される場合である。これらの穴またはスリットは、光があらゆる方向に回折する発散中心とみなすことができる。この場合、新たに形成された2つの光線が、それらを遮るように配置された表面で受光されると、その光は暗い縞模様によってほぼ等しい部分に分割されるが、表面が開口部から遠ざかるにつれて幅が広くなり、あらゆる距離で開口部からほぼ等しい角度をなすようになる。また、開口部同士が近づくにつれて、同じ割合で幅が広くなる。 2つの部分の中央は常に明るく、両側の明るい縞は、一方の開口部から来る光が、もう一方の開口部から来る光よりも長い空間を通過するような間隔で配置されており、その間隔は想定される1つ、2つ、3つ、またはそれ以上の波状構造の幅に等しく、その間の暗い空間は想定される波状構造の半分、1つ半、2つ半、またはそれ以上の差に対応している。^{[ 6 ]}

批判

1803年から1804年にかけて、ヤングの理論に対する一連の匿名の攻撃がエジンバラ・レビューに掲載された。匿名の著者（後にエジンバラ・レビューの創設者であるヘンリー・ブルームであることが判明）は、ヤングの王立研究所での講演録の出版を約束していた出版社が契約を破棄するほど、読者の間でヤングの信頼性を低下させることに成功した。この事件により、ヤングは物理学よりも医学の実践に重点を置くようになった。^[⁵^]

光の波動説の受容

1817年、シメオン・ドニ・ポアソンを含むフランス科学アカデミーの粒子理論家たちは、翌年のノーベル賞のテーマを回折に設定し、粒子理論家が受賞すると確信していた。^[¹⁴^]オーギュスタン＝ジャン・フレネルは波動理論に基づく論文を提出し、その内容はホイヘンスの原理とヤングの干渉原理の統合であった。^[²^]光の粒子理論の支持者であったポアソンは、フレネルの理論を詳細に研究し、その誤りを証明する方法を探した。ポアソンは、フレネルの理論の結果として、点光源を遮る円形の障害物の影に、光軸上の明るいスポットが存在することになるが、光の粒子理論によればそこには完全な暗闇があるはずだと主張したとき、欠陥を発見したと考えた。フレネルの理論は真実であるはずがない、この結果は確かに不合理だとポアソンは断言した。しかし、委員会の委員長であるドミニク＝フランソワ＝ジャン・アラゴは、実験を行う必要があると考えました。彼は2mmの金属円盤をワックスでガラス板に成形し^[¹⁵^]、予測されたスポットを観察しました。これにより、ほとんどの科学者が光の波動性を確信しました。最終的に、フレネルが競争に勝ちました。アラゴは後に、この現象（アラゴスポットと呼ばれることもあります）はすでにジョゼフ＝ニコラ・デリスルによって観察されていたことを指摘しました^[¹^]。

参考文献

脚注

引用文献

1 2 Heavens, OS; Ditchburn, RW (1991). Insight into Optics . John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-92769-3。
1 2 3 Born, M. ; Wolf, E. (1999). Principles of Optics . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-64222-4。
1 2 3 4キプニス、ナフム（1991）。光の干渉原理の歴史。バーゼル：ビルクホイザー・バーゼル。doi ：10.1007 / 978-3-0348-8652-9。ISBN 978-3-0348-9717-4。
↑ペシック、ピーター（2013年1月）。「トーマス・ヤングのミュージカル・オプティクス：音を光に変換する」。オシリス。28 （ 1 ）：15–39。doi ： 10.1086 /671361。ISSN 0369-7827。
1 2 3 4ロビンソン、アンドリュー（2006）。『すべてを知っていた最後の男』。ニューヨーク、NY：Pi Press。pp . 115–120。ISBN 0-13-134304-1。
1 2 Young, T. (1807).自然哲学と機械技術に関する講義コース。第1巻。ウィリアム・サベージ。講義 39、pp. 463–464。doi : 10.5962/bhl.title.22458。
1 2ロスマン、T. ( 2003). 『すべては相対的である、そして科学技術におけるその他の寓話』ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。ISBN 978-0-471-20257-8。
↑ 「350周年記念号著者Q&A：マイケル・ランド｜王立協会」。royalsociety.org 。 2025年9月28日取得。
↑ Young, T. (1802). "The Bakerian Lecture: On the Theory of Light and Colours" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 92 : 12– 48. doi : 10.1098/rstl.1802.0004 . JSTOR 107113 .
↑ヤング、トーマス (1802)。自然哲学および実験哲学に関する講義コースのシラバス。ロンドン：W. サベージ (王立研究所)。p. 117。
↑ Mollon, JD (2002). "干渉の概念の起源" . Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 360 (1794): 807– 819. ISSN 1364-503X .
↑ Scheider, Walter (1986年4月1日). 「科学の偉大な瞬間の一つを教室に届ける」 . The Physics Teacher . 24 (4): 217–219 . doi : 10.1119/1.2341987 . ISSN 0031-921X . 2022年3月31日のオリジナルからアーカイブ済み。 2025年9月30日取得。
↑ Veritasium (2013-02-19)、「オリジナルの二重スリット実験」、 2017-07-23に取得
↑メイソン、P. (1981).光の幻想.ペンギンブックス. ISBN 978-0-14-006129-1。
↑フレネル、AJ (1868)。オーギュスタン・フレネル作品「テオリ・ド・ラ・リュミエール」を完成。帝国帝国。 p. 369.

[Insight_into_Optics-1] 1 2 Heavens, OS; Ditchburn, RW (1991). Insight into Optics . John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-92769-3。

[Born_&_Wolf-2] 1 2 3 Born, M. ; Wolf, E. (1999). Principles of Optics . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-64222-4。

[Kipnis-1991-3] 1 2 3 4キプニス、ナフム（1991）。光の干渉原理の歴史。バーゼル：ビルクホイザー・バーゼル。doi ：10.1007 / 978-3-0348-8652-9。ISBN 978-3-0348-9717-4。

[4] ペシック、ピーター（2013年1月）。「トーマス・ヤングのミュージカル・オプティクス：音を光に変換する」。オシリス。28 （ 1 ）：15–39。doi ： 10.1086 /671361。ISSN 0369-7827。

[Robinson-5] 1 2 3 4ロビンソン、アンドリュー（2006）。『すべてを知っていた最後の男』。ニューヨーク、NY：Pi Press。pp . 115–120。ISBN 0-13-134304-1。

[Young1807-6] 1 2 Young, T. (1807).自然哲学と機械技術に関する講義コース。第1巻。ウィリアム・サベージ。講義 39、pp. 463–464。doi : 10.5962/bhl.title.22458。

[Rothman-7] 1 2ロスマン、T. ( 2003). 『すべては相対的である、そして科学技術におけるその他の寓話』ジョン・ワイリー・アンド・サンズ。ISBN 978-0-471-20257-8。

[8] 「350周年記念号著者Q&A：マイケル・ランド｜王立協会」。royalsociety.org 。 2025年9月28日取得。

[Young1802-9] Young, T. (1802). "The Bakerian Lecture: On the Theory of Light and Colours" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London . 92 : 12– 48. doi : 10.1098/rstl.1802.0004 . JSTOR 107113 .

[10] ヤング、トーマス (1802)。自然哲学および実験哲学に関する講義コースのシラバス。ロンドン：W. サベージ (王立研究所)。p. 117。

[11] Mollon, JD (2002). "干渉の概念の起源" . Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 360 (1794): 807– 819. ISSN 1364-503X .

[cavendish-12] Scheider, Walter (1986年4月1日). 「科学の偉大な瞬間の一つを教室に届ける」 . The Physics Teacher . 24 (4): 217–219 . doi : 10.1119/1.2341987 . ISSN 0031-921X . 2022年3月31日のオリジナルからアーカイブ済み。 2025年9月30日取得。

[13] Veritasium (2013-02-19)、「オリジナルの二重スリット実験」、 2017-07-23に取得

[Mason-14] メイソン、P. (1981).光の幻想.ペンギンブックス. ISBN 978-0-14-006129-1。

[fresnel1868_arago-15] フレネル、AJ (1868)。オーギュスタン・フレネル作品「テオリ・ド・ラ・リュミエール」を完成。帝国帝国。 p. 369.

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ヤングの干渉実験

背景

ヤングの波動理論に関する研究

Relation to the double-slit experiment

批判

光の波動説の受容

関連項目

参考文献

関連するトピック

トーマス・ヤングが

光の波動説を

そのような実験の1つは、現代の二重スリット実験

ロバート・フック