ヤングの実験について

質問

ヤングの実験の所で、「水面波のように光を干渉させるには、S1とS2から同じ波長を同位相で発生させなければならない。光源からは、さまざまな位相の光が発生している。そこで、スリットS0によって、光源からの光を回折させれば、S1とS2ではほぼ位相のそろった光を得ることが出来る。」と書いてあったのですが、なぜスリットS0によって、光源からの光を回折させれば、S1とS2ではほぼ位相のそろった光を得ることが出来るのでしょうか？干渉って山と山、谷と谷がぶつかり合って、大きくなったり、山と谷がぶつかって打ち消しあったりする合成波ですよね？

回答No.2

fine001

こんばんは
光源がレーザー光源であれば、山、谷が揃ったビームが出てくるので、複スリットS1,S2に同時に当てれば、そこを抜けて行く光は干渉します。干渉性（コヒーレント）といわれる性質です。
ところが、光源が白熱球などの場合は、数波長程度しか連続していない云わば細切れの光（波束と云ったり連波といったりします）のビームです。この様なビームを直接複スリットに当てても、S1とS2を同時に抜ける光波は別の波ですから、位相が合っている保証はありません。というよりも、会っていないことのほうが普通です。従って、干渉が起こらない（起こりにくい）ということになります。
そこで、複スリットの前に単スリットS0をおくことになるわけです。このS0を通過した光は回折を起こします。ホイヘンスの原理での素元波を思い出してください。S0を中心とした同心円状に伝わっていくことになります。この同心円状の波は、S0を通過した１つの光波が広がったものですから、干渉性があります。ですから、必ずしもS0からS1の距離とS0からS2までの距離が等しい必要はありません。たとえ、S1とS2で位相にずれがあっても干渉して明暗の干渉縞を生じます。この場合、当然、干渉縞の位置はS0からS1までとS0からS2までが等距離の場合（同位相になる場合）とは、スクリーン上で「ずれ」があります。多分、そのような内容の例題に当たる事があると思います。

回答No.1

sanori

こんばんは。

スリットＳ０は、真っ直ぐ進む方向の光だけに絞る働きをしています。
ところが、光には回折する性質があるので、スリット幅が狭まるにつれて、スリットの向こうに直進するはずの光の進行方向は、ぼやっと広がります。
（この現象は、実は、量子力学で言うところの「不確定性原理」と等価です。）

ここで「広がる」というのは、１個の光（フォトン）が分身の術のごとく、さまざまな進路を取るということです。
そして、分身したフォトンがＳ１とＳ２に（同時に）届きます。
信じられないかもしれませんが、光の干渉というのは、２個の光の粒子（フォトン）同士の干渉ではなく、１個のフォトンが自分自身と干渉し合うという現象なのです。

１個のフォトンなのですから、Ｓ１とＳ２がＳ０から等距離であれば、当然、位相がそろいます。