コヒーレント光は昔どこにあったのか

質問

現代はレーザー光源が安く手軽に手に入る．
干渉縞を実験する光源としてレーザー光源は干渉性の高い光源だから適している．
ではレーザーの無かった時代は干渉縞を得る光源に何が使われていたのか教えて下さい．
たかだか５０年前にはレーザー光は手に入りにくい光源だった．
５０年前の時代に手に入った光源は、太陽光、燃焼光、電灯光、放電光、蛍光しかない．蛍光以外は高温高熱の物体から発されたランダムな位相とランダムな放射強度が非線形の時系列を辿る光源しか存在しない．
明るさから順に並べれば、太陽光、アセチレンガス燃焼灯、アーク放電灯などがあるが、どれも高温高熱の物体から発生した干渉性のない光源しか５０年前には存在しない．
1805年ころトーマス・ヤングが、光源からの光を平行な2つのスリットを通すと衝立上に干渉縞を生じることを示した。
そのような干渉性の高い光源の無い時代にフラウンホーファーは実験を行い、回折や干渉を観察した．
ヤングやフラウンホーファーの時代に干渉性の光源は存在しない．
フラウンホーファーは1826年に亡くなった．
フラウンホーファーはたとえばどのような光源を利用して実験を行ったのだろうか．教えて下さい．
干渉性はもともとの光源になく、実験装置から何かのフィルター作用として生まれ出た疑いを今もつ．
装置から干渉性が高まる疑いを否定する事実、またはランダムな位相や非線形性の時系列から生まれ出たはずの光源になぜ干渉性が生まれているのか教えて下さい．

回答No.8

五十嵐 正（@oh-Tokyo）

回答４です。　補足します。　　　　　　　　　　　　(ここは No.８です）

光源が白熱電球の場合の縞模様は、揃った位相で生じる現象ではなく、多数色温度の周波数が混合した変調波による縞模様だと考えられます。

白熱灯光源でも縞模様が見えるのは、どこか何か間違いか事象見落としではと疑ぐりたいですが、縞が出るのは事実です。
そこで、正しい現象と仮定し、状況を少し詳しく考えてみます。

白熱灯光源の場合、ステムに近い箇所の発光体は支持部ほか熱伝導で温度が僅かに低く、支持なしの中空箇所は高温気味で、この状態で光波は継続発生します。
従来は、この高低色温度の周波数が混在する点が軽視されていた気がします。
（ここは光子として考えます。結果で発生する光は、光波の世界です）

発光体のフィラメント各箇所は、多種の色温度の光 (各種周波数の光波) が同時に発生するので、合成して変調された光波の輝度(波高値、正確には光量実効値) が周期的に継続発生し、乱雑化せず一定周期で繰り返し発生します。つまり、変調波の山谷の間隔は常に一定周期で、波高値も一定した合成波になる筈です。

光源が熱放散や輝度などに変動がなく、発生する光波にゆらぎがないなら、合成波は見かけ上位相間隔が揃った定位相の光波に見える筈です。
ただし、フィラメントが加熱されて最高温の安定値になるまでの過渡期では、各色温度の低温側の光は消滅し、高温側の定常光だけが残存します。

このとき発生光をスクリーン面で見たとしたら、赤みへ偏った全面白色に見える筈です。　しかし部分的には、合成した光の明暗が存在しています。
そこで、狭い箇所だけをスリットで通過するように投影すると、そのスリット幅部分の何本かの明暗つまり縞模様が見えることになるわけです。

以上は、私が推察した仮説です。なので、参考程度に考えて下さい。

なお、回答者からの反問に対し質問者が返答しても、作法違反ではない筈です。
一般に質問の環境条件が不明で回答者が条件説明を問うことが多く見られます。もし質問者が返さないと、回答者は多種多様な条件をツリー構造にでもして諸種条件に答える必要が生じます。現実にはできないので質問が解消できない方向になります。　そんな理不尽がことはあってはならず、回答者からの反問へ返すのはルール違反ではないと思うのですが。

お礼

oh-Tokyo様No.4、５に続く3回目のご回答をありがとうございます．
面白い考察です．
でも白熱電球でなく白雲を光源にしてるときにも縞模様が見えるのです．
たとえばフラウンホーファーのフラウンホーファー回折を実験した時代は1800年代前半なのでまだイギリスの「ジョゼフ・スワン」の1800年代中盤まで電球は生み出されていません．
光源は太陽か、アセチレン灯か、何かの燃焼でトリウム鉱石を加熱した時の発光のどれかです．

oh-Tokyo様＞光源が白熱電球の場合の縞模様は、揃った位相で生じる現象ではなく、多数色温度の周波数が混合した変調波による縞模様だと考えられます。・・白熱灯光源の場合、ステムに近い箇所の発光体は支持部ほか熱伝導で温度が僅かに低く、支持なしの中空箇所は高温・・・・つまり、変調波の山谷の間隔は常に一定周期で、波高値も一定した合成波になる筈です。

Q>重ね合せ加算演算の波動から生じたうなりには周期性のある歪み波の性質から明暗縞模様の発生がたしかに期待できます．

でも白熱電球でなく白雲を光源にしても縞模様が見えるのです．

oh-Tokyo様＞回答者からの反問に対し質問者が返答しても、作法違反ではない筈です。
一般に質問の環境条件が不明で回答者が条件説明を問うことが多く見られます。もし質問者が返さないと、回答者は多種多様な条件をツリー構造にでもして諸種条件に答える必要が生じます。

Q＞詳細な説明を要求する反問ならば正当性があります．
oh-Tokyo様の問いはいつも真摯で正鵠を得て正当だと思います．

ほかに散見する混ぜ返して目くらましを目的に詭弁を操る反問は不当です．
Q&Aの矛先を鈍らせる目的の反問は不当です．

補足

回答者oh-Tokyo様に質問したmasabanから補足します．
No.8でoh-Tokyo様がご提案下さった方法では解決しません．
下記に説明します．

No.8でoh-Tokyo様がご提案した
『oh-Tokyo様＞継続発生し、乱雑化せず一定周期で繰り返し発生します。つまり、変調波の山谷の間隔は常に一定周期で、波高値も一定した合成波になる』

とすると、その成分の単色1個の波はそれぞれが特定の初期位相と特定の振幅と、特定の波長のまま観察の期間が10分間なら、その10分について一定なのです．

レーザー以外の光源になければならぬ確率変動の性質がご提案のうなり波には最初から欠けてありません．

もともと変動していないので当然干渉するのです．
だから確率変動している光源から干渉が起きるとき、装置のどこかが光の性質をコヒーレントに変換してしまっているのでは、という疑問に答えていないのです．

でもご提案のように色の異なる光源が電球のフィラメントに同時にある場合．波長の異なる複数波はうなりを作り、実際に干渉縞を作った実験を確認できます．

その明暗縞模様、七色の虹のような縞模様ができます．
WEBにそういう事例があるのでご紹介します．
http://k1-kaneshiro.xsrv.jp/wp-content/uploads/2016/03/2-6%E5%9B%9E%E6%8A%98%E3%83%BB%E5%B9%B2%E6%B8%89.pdf
長編で１６ぺーじもあるのですが、その中の5ページ目に紹介したい部分があります．
「Double slit に白色光を通すと，スクリーンに現れるのは白と黒の明暗の縞ではなく，Fig6-12(a) のような中央に近い側から青~黄~赤と色づいた明線が並ぶ干渉縞になる」とFig6に写真と図説があります．
是非ご覧ください．
白色光とはレーザーではない光源ですから、ランダムに波の3要素が変動する波動です．

ただし、干渉縞や回折が起きるのでその光源は成分のどの光色についてもそれぞれが、特定の初期位相と特定の振幅と、特定の波長を観察の期間が10分間なら、その10分について一定なのです．
1時間なら1時間の期間ずっと一定なのです．

変動し一定にならないはずの光源ならば、光路の途中で装置のスリットに生まれ出た定在波が特定の初期位相と特定の振幅と、特定の波長のコヒーレント光をスクリーンに再送したと推論するしかないのです．

回答No.7

wek00

> 像の位置は位相差で波束ごとにずれます
高校レベルのお話しですと、初期位相は像の位置に影響しません。
二重スリットの実験ですと、行路の長さに波長の半分（＋整数倍）だけ差がある場所では波の＋－が逆に重なり合い打ち消し合うのでそこは明度0の暗部となる。そういうモデルで考えているのです。ただそれだけなので、初期位相がどうであれ毎回同じ場所に暗部ができます。

私は高校レベルの理解なんでどういうモデルにあてはめるとずれるのか、というのは存じません。説明されて難しいことを私が理解できるかとなると望み薄なんですが、他の閲覧者の方から良い回答がつきやすくなりますので、
初期位相の違いが像の位置に影響を与える理由、どのようなモデルにあてはめて考えているか、について補足欄で説明してください。

お礼

ご回答ありがとう
反問に対する補足は事実の列挙に若くものはありません．
事実それは位相についての次元に関する要素の変化によって干渉縞の暗線の移動を測れるからです．
その原理を利用した干渉縞の暗線通過数を単位時間に一定位置で測定する方法の加速度検出器が存在するのです．
そのほかにも誤謬を含む可能性の高い説明方法は幾つかあるでしょう．
図解による方法もありますが、それより確かな方法としてふたつめに次元解析で応えました．
ご回答者は高校レベルと卑下されますが、卑下は必要がありません．
大学レベルでも、また学者レベルでも同じ説明のままです．
私は教員でも、研究により生活費を得る職業でもありません．
回答者と同じ社会的地位にすぎぬかもしれません．

要するに大学者達、そうそうたる高地位の名誉をもった学者たちすべてが見落としているのです．

補足

wek00様ご回答ありがとう

wek00様＞補足欄で説明してください。

回答者から補足をご希望なので記入します．

「初期位相は像の位置に影響」するかしないかの説明を反問されたようです．

Ｑ＆Ａのルールでは回答者から反問で返すと作法に違反です．
次にされるようなことの内容にお願いします．

折角だからお答えします．
光は加速度の変化により干渉縞像の位置を変えます．
たとえば加速度を測定する装置に光波の干渉縞が使われます．
実験を辿ると古くはマイケルソン・モーリーのエーテルの検出実験です．
マイケルソンたちは加速度もしくは速度を原因とした干渉縞の位置の変化を検出しようとしています．
そして現代では光ファイバー中を通るレーザー光に干渉縞を作り、その暗線の位置の変化から、測定位置を暗線が単位時間に通った数を測り、数量の変動から加速度を測定します．
光は加速度の変化により干渉縞像の位置を確かに変えています．
この事実からたとえ光速度が一定で波長が一定であっても、干渉縞には定位置に収まらず移動する可能性があることが伺えます．
答えが出たので数式化する意義なく、でも数式化できそうと推測できます．
常識として、干渉縞は移動するものです．
もう数式化しなくても十分なのではありませんか？

やってみましょう．
三角関数で表した数式に初期位相が上記のような変動を起こす原因となっているかいないかで判定できるでしょう．
上記のような変動を起こす要因と同じ位置に初期位相が数式中に存在すれば変動の原因なのです．

光波には振幅a、初期位相ε、波長λ（または振動数ν、周波数ｆ）の要素があります．
そして伝搬速度Ｃがあります．
光波は速度Ｃで伝搬する進行波と考えます．
進行波が幾つかまとまって波束を作り、波束はソリトンなのかもしれません．

まず振動数と周波数の関係について
Ｃ/λ=ν=ｆ
の関係があります．
ここで角速度ωを導入します．
角速度は振動一回について２πなので
ω=２πν=２πｆ
という関係があります．
基準点と観察位置までの距離がｘメートルとしましょう．
距離のために位相には遅れ進みがあり時間の遅れ分にに換算できます．
x/C
進行波の数式は電気理論の進行波の振幅瞬時値ξの表式にならえば十分でしょう．

空間内を一定方向に進む波。振幅が a ，角振動数が ω の正弦波が
x 軸の正方向に進む速さ v＝C 、時刻 t秒のとき
x におけるこの進行波の振幅瞬時値ξは次式で表わされる。

ξ＝a sin {ω(t－x/C)＋ε}

初期位相εは中カッコ｛｝で囲まれた中の加法結合の位置にあり、ω(t－x/C)と数式中の働きの種類が同じです．
これを物理用語の次元解析で表現すると、加法結合の2項間両者は同じ角度という単位の次元です．
干渉縞が加速度で縞の位置を変えるので、だからそれと同じに初期位相εは干渉縞の位置を変動させます．

もう少し式の変形でわかりやすい形まで持っていくために、だんだん原点から離れながらの移動観測に条件を変えてみる．

加速度αは速度ｖの微分なので
α＝ｄｖ/ｄｔ
∫αｄｔ＝ｖ
として、一定の加速度で速度ｖがまして観察初めは原点だが、
ξ＝a sin {ω(t－x/∫αｄｔ)＋ε}

この数式の中に初期位相εにまったく無関係な波動の要素は振幅aしかないのです．
だから初期位相は干渉縞の位置を変動させます．
これは干渉性のあるレーザーに対する答えです．

ところが一般の光波はレーザーではないのです．
さらに確実に干渉縞の位置を変動させます．
もしaが確率的変動するなら、その変動はωにもεにも変動を変換可能な関係があるので、確率的な出現の光波ならば、初期位相の変動はかならず初期位相の変化は干渉縞の位置に影響を与えます．

よって初期位相の変化は干渉縞の位置に必ず影響を与えます．

回答No.6

wek00

> 実験装置から何かのフィルター作用として生まれ出た
そういうことです。

インコヒーレント光であっても個々の短い波束（もしくは波連）には短いなりにコヒーレンス性がある、という話だったかと思います。
教科書では図にはあっても文章で触れていないことがある単一スリット（ピンホールでしたっけ？）。あれで波束を取り出しているので行路の差がµmオーダ程度までなら干渉が観測できるのでしょう。

波束が長くならない理由は、与えられたエネルギーを光として放出して止まる、の繰り返しだからだったかと思います。ただ原子にエネルギーを与えるだけでは野放図にそれが起きるだけで連続的にならないのでしょう。

高校で教わったけど何となくしか覚えてません。

参考：

https://www.cybernet.co.jp/optical/course/word/k25.html
可干渉距離（コヒーレンス長）：光学総合サイト：サイバネット
> 例えば波長600nmの赤色ＬＥＤの場合、スペクトルの波長幅（半値幅）が50nm程度と大きいため短距離（100μm以下）で干渉しなくなります。対してシングルモード発光のＬＤは波長幅が狭いため、純度が高いものではメーターオーダの距離まで干渉が発生します。

http://regulus.mtrl1.info.hiroshima-cu.ac.jp/ishiwata/frame/lectures/photoelectronics/02%20coher_s.pdf
2．コヒーレント光と 非コヒーレント光
> コヒーレント長
> レーザー 1000km以上のものもある
> 白熱電球 数μm

以下は資料探しのとき検索に引っかかったもの。
質問とはあまり関係ないですが面白かったので。

https://www.jstage.jst.go.jp/article/pesj/30/4/30_KJ00005894785/_article/-char/ja/
単・複スリットによる光の回折・干渉縞の成立条件とその検証実験 : フレネル回折からフラウンホーファー回折へ

https://ir.lib.shimane-u.ac.jp/files/public/0/2793/20170425024337823717/b001002201k003.pdf
干渉実験に用いる複スリットの幅と間隔の検討 高橋 成和 島根大学教育学部紀要（自然科学）第22巻-第1号 13頁～17頁 昭和63年10月

お礼

wek00様ご回答ありがとうございます．
Ｑ> 実験装置から何かのフィルター作用として生まれ出た
wek00様＞そういうことです。

Ｑ＞こう私も思っています．しかし実証根拠はまだご回答者の言葉は不足で取り残しがあります．
まだ回答と引用には１８００年台にヤングが実験した像が安定しブレ動かなかった原因が不足しています．
不足はご回答下記の部分に明確になります．

wek00様＞個々の短い波束・・・エネルギーを光として放出して止まる、の繰り返しだから・・

Ｑ＞ご回答におっしゃるように波動の位相が特に初期位相で波束ごとに異なるから連続的になりません．
すると像の位置は位相差で波束ごとにずれます．
それは像のブレとなって観察されるはずです．
引用の解説図はいつも波動の節と腹を図中に固定していますが、実際は波束ごとに異なり固定できないのです．
もし波束の全てが同一の初期位相と色(振動数）に安定している時、その光波の波動信号は微分可能な波動です．
レーザーでない限りそして短い観察期間でない限り、光波の波動は微分不可能という性質があります．

wek00様＞ 例えば波長600nmの赤色ＬＥＤの場合、スペクトルの波長幅（半値幅）が50nm程度と大きいため短距離（100μm以下）で干渉しなくなります。対してシングルモード

発光のＬＤは波長幅が狭いため、純度が高いものではメーターオーダの距離まで干渉が発生します。

Ｑ＞ならば波束の持続時間は３０万キロメートルに対する１ｍは伝播の時間でいえば１秒の３億分の一秒であり、１００マイクロメートルでは４ケタ上の３兆分の一秒ととて

つもなく短いのです．
すると縞模様位置の像が観察時間１秒には３億個から３兆個もがずれて重なるのです．
したがってそれらの光源でもブレのない像が得られるわけがありません．
現代の物理学ではスリットや孔から生まれ出た作用を見落としているのです．
光波は波束ごとに位相が確率的に変動するのです．
それがスリットをゆすり、定在波をスリットに作り、スリットから再発光しているので、スクリーンに安定したコヒーレント光が到達して、ヤングが安定した干渉縞を観察で

きたのです．

この物理学の見落としはヤングの実験の見直しだけに終わりません．
おおきなおおきな革新がファインマンの経路積分の分野と解析力学の分野におきるのです．

回答No.5

五十嵐 正（@oh-Tokyo）

回答＃４です。　疑問にお答えします。
疑問の主文は　　＜コヒーレント光が無い時代に干渉縞が表れたのはなぜ＞
で良いですか？　　もしいいなら、答えは、回答 #4 の文中のとおりで、
　　「スリットを空けた遮蔽板を設けたから」　　です。

身近にある手軽な材料で、自分で簡単に演出できます。
次の資料中「ヤングの干渉実験」を参照してみて下さい。
　　https://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/kannsyou/yanngu.html

質問文中の　＜平行な2つのスリットを通すと衝立上に干渉縞を生じる＞
のとおりです。　スリットは大穴でなく、波長に見合った1mm以下の細幅です。

干渉縞は３つの分野を認識し、別次元の現象と考えた方が良さそうです。
　(1) 自然光のもとでの波形変調
　(2) レンズの世界のニュートンリング（下記URL中の図１４）
　(3) コヒーレント光での波形変調
(1)と (3) は別世界の現象といった感じなので、混同しないよう要注意です。

参考　（干渉縞の発生方法）　　下記URL 「はじめに」参照
　　　　http://qopt.iis.u-tokyo.ac.jp/optics/7interferenceU.pdf

お礼

oh-Tokyo様詳細な丁寧な内容を追加していただきありがとうございます．
正面から真摯に対応していただけていると感じています．

でも微分可能か微分不可能か波動の数学的条件についてお答えがまだ至っていません．

＜コヒーレント光が無い時代に干渉縞が表れたのはなぜ＞　　「スリットを空けた遮蔽板を設けたから」
がおこたえですね．
そのとおりです．
でもこの答えは途中下車した感じです．
もう一つ先の停留所はなにか、それを私と一緒に考えて下さいませんか？

光源からスリットの直前までの光波は水面の波のそのモデルとちがい、連続性が無いのではありませんか？

連続性は数学でいえば、微分可能な変動信号のことです．

波源からスクリーンまでの水面の波やレーザの光は波動変動を微分可能です．
でもレーザでない光の波の波動変動は振幅、初期位相、周波数、という波動の３要素のどれもが微分不可能です．
一般の光の波動は総体として変動信号が微分不可能です．

連続波が光の干渉に必要とすると、干渉縞が表れるための連続波がスリットからスクリーンの区域内のどこかに新しくあるはずです．
それがどこでなぜできたかがとてもわたしは不思議です．
それが次の停留所です．

光源からスリットの直前までの光波は水面の波とちがい、連続性が無いのではありませんか？

ウェブ引用リンクの１番目は水面に起きるかのような連続性のある波面をただ一種類図解しています．
微分可能であるから干渉するという意味のある図解なのです．

２番目には文中に「・・時間平均をとると，縞模様はならされて，一様な強度分布が観測されるだけである。」と１ページから２ページへのぺーじの変わり目に書かれています．
この引用の内容は数学用語風にいえば、微分不可能な確率変動が光波に存在する事を意味しているのです．

同じ光子から２経路をたどった光子自身が干渉したとしても、観察中の光源に続けて生まれた次回の光子の干渉は、縞模様の配置が異なるのです．
配置の異なる縞模様から生まれた像にはブレが生じぼんやりとなって明確な像は生まれません．

ヤングが行ったレーザを使わぬ光源の２重スリットの光波の干渉縞では光源からスリットまでは微分不可能な光波動です．
ところが干渉縞がスクリーンに表れるにはスリットからスクリーンの間にある光波動に微分可能性が存在してくれないと干渉できないのです．

たとえばそのスリットに定在波が生まれ、そのスリット間にある定在波を波源として、スクリーンに向かう光波動が連続に再放射されていないと干渉性が出現できません．
そういうスリットの現象を今までの物理は見落としているのです．

このみ落としはファインマンの経路積分にもファインマンが屈折や反射に何度も確率が働いていると考えている事から物理学全体にとって重大な内容です．

ご回答者と一緒にこれを研究し、学会に発表したいものです．
スリットがうみだす特殊な性質がここに見つかり、フラウンホーファー回折にも働き、その現象は太陽と地球のあいだにその力を及ぼしているのです．

太陽は真っ黒な天幕に開いた小さな穴で、惑星群はスクリーンに生じた干渉縞なのです．
最小作用の原理と呼ばれる解析力学の頂点または土台の中の最下部の基礎にある原理はこの干渉縞の現象から生まれる性質です．

エビデンスとなる実験を何種類か私は知っています．
実験できる環境を得たいと私は願っています．

補足

oh-Tokyo様　今続々と記事が増えつつあるヤングの複スリット干渉実験の記事と干渉のことから発展する新発見のブログの入り口を紹介します．是非細部まで探訪しご覧ください．
https://masabanmasaban.jimdofree.com/
https://masaban1.hatenablog.com/
きっと目からうろこになるはずです．

回答No.4

五十嵐 正（@oh-Tokyo）

題名と質問記述文とが違うような気がして、二つに分けて答えます。

＜コヒーレント光は昔どこにあったのか＞
コヒーレント光が取り出せる光源は、近年の技術進歩で出現した手法です。
（答え）「昔はどにも存在しなかった」

＜干渉縞を得る光源に何が使われていたのか＞
平行光束の途中に、スリットを空けた遮蔽板を設けて干渉縞を演出した。
光源は、通常の多波長・位相まちまちな、自然物質の発光体を使った。
うろ覚えですが、スリット細幅寸法とスリット本数、スリット間隔などを変えることによって様々な現象が生じるので、そのたぐいの実験が行われたらしい。
（答え）「普通の電灯系、特に白熱灯類の光源を使った」

参考：「電灯」は、白熱電球・水銀灯・ネオン管、などを含む総称です。

お礼

ご回答ありがとうございます．
かの時代には干渉性のない光源しかなかった、光源は、通常の多波長・位相まちまちな、自然物質の発光体を使ったというお答えを頂けました．

すると干渉性のない光源が使われているのに干渉の実験が成功しているのですね．
そうすると学理の説明に矛盾を感じわたしには下記の疑問がわきます．
ご回答者はいかがに感じていらっしゃるでしょうか．

位相がずれると縞の位置が変わります．
波長や色が異なる光源では縞の間隔が異なります．
干渉性が無い光源では時々刻々位相が変わります．
干渉性が無い光源では波長や色が単一ではなく、同時に複合します．

たとえば写真には手振れ、運動体の移動によるブレという像のぼやけがありますが、干渉性が観察期間に連続安定しない性質の光源を用いた時、学理の説明の通りならば、その写真のぼやけの原因と同等の結果が干渉縞のぼやけに表れて、かれらの実験は失敗するはずなのではないでしょうか．
なぜ失敗しないのでしょう．

コヒーレント光が無い時代にした実験で干渉縞が表れているのはなぜでしょう．
干渉には干渉性のある光源が必要なはずです．
干渉性を高めるなにかの作用が実験者には意図せずに何かの道具から働いていたのではないでしょうか．

そして、普通の電灯や白熱灯の光源に干渉性は全くないでしょう．
同じ場所を照らした複数の灯具から、照明が重なると明るくなることはありますが、干渉性のない光源を用いると照らされたところに照明が暗くなる部位は発生しません．
そのような光源では重なる部位は明るくはなるがスリットで光路を狭めても暗くなる部位ができたりはしないのです．
学理に従う推論をすれば、干渉性のある光源ではスリットで光路を狭めて、その時明確に暗くなる部位はできるかもしれません．
このように推論するなら、むかしの実験の環境に、未知の作用が働いて干渉性を高める経路が含まれていたと推論できませんか？
それを現代の学理は見落としているのではないでしょうか？

回答No.3

N5200model05

加えてヒントを差し上げるなら、「フラウンフォーファ線」というのが何かはご存じですよね。それがどのようにして観測されるのか、それを考えていただけると、手がかりになるんじゃないでしょうか。

あなたの返信を読んでいたら、これ以上詳しく申し上げるには少々気が滅入りました。あとはがんばってください。

お礼

ご回答ありがとう
フラウンフォーファ線の発見はフラウンホーファーの数ある功績のひとつです．
でもフラウンフォーファ回折とは発見の内容が異なり、質問と関係がありません．

フラウンフォーファ線とはＷＥＢで調べると太陽からの光線が地球にたどり着くまでに経路の透明な物体に吸収されてできた光を大地に設置したガラスプリズムで分光したときに暗く見えるスペクトルの吸収線、すなわち暗線だそうです．
その暗線は干渉縞とは無関係ですね．

ガラスプリズムで分光した光をフラウンフォーファ回折の光源にしたかしなかったかは、ＷＥＢに探せませんでした．
分光した光を光源にしたとしても、それは太陽光ですから、干渉性はありません．
太陽から分光後の光を半透明鏡で２経路に分岐してスクリーンに合成したら干渉縞が表れるなら、太陽光に干渉性があるのかもしれません．
この実験をやってみたいですね．
合成した明部に暗部があらわれず、明部全体が単純に明るくなるのなら干渉性はありません．

太陽光はフラウンフォーファ回折を起こすような、干渉性の高い光源には当たらないのです．
ではなぜ回折や干渉縞実験に干渉性のない光源で干渉が起きるのでしょうか．
レーザーも使わないでヤングやフラウンフォーファは干渉実験がなぜできるのでしょう．

回答No.2

N5200model05

Wikipediaの記述ですが、

レーザー光は現在最も簡易なコヒーレント光源であるが、ナトリウムランプの光のような自然放出による単色光もピンホールに通すことによってある程度のコヒーレンスがあることが観測できる。

とあります。ご参考まで。

お礼

ご回答ありがとう
４１年前のことですが、学部の基礎講座の実験でナトリウムランプを使った回折をやりました．
回折の縞模様が観測できました．
でもなぜコヒーレンスがナトリウムランプの光に生まれるのでしょう．
それが問題です．
その答えにはまだ足りません．

そしてフラウンホーファーやヤングの活躍した１８００年代とくにその１９世紀前半にはナトリウムランプは存在しません．
トリウムを加熱した高輝度の光源を持ったガスマントルという灯具が、１９世紀後半に発明されましたが白色光です．
白色光には干渉性はありません．
白色光でなくとも、ナトリウムランプでも、同じところを複数の光源で照らしてみると、重なり部分は必ず明るくなりますが、暗い線や暗い部分は決して生まれません．
干渉が起きない光源なのです．
ナトリウムランプはその２０世紀後半１９７０年代には高速道路の道路灯やトンネルのなかの照明に使われた灯具です．
なぜヤングやフラウンホーファーに干渉縞が観測できたのでしょうか？
干渉性のないはずの光源しか彼らのそばにはありません．

回答No.1

sknbsknb2

十分に距離の近い二重スリットなら、そこに到達した、ある位相の波が2つに分かれるのだから、スリットを通った光は位相が揃っていることが保証されているので、光源がら出た光がコヒーレントかどうかは関係ないのでは。

お礼

ご回答ありがとう
同じ１光源から分岐して２つの経路を通る光線２つの合成による効果は干渉縞の発生の条件の単なる一つにすぎません．
まだそれだけでは干渉縞が完成しません．

ご回答は光源がレーザーの時にだけ成り立つご回答なのです．

ご回答者にはレーザー光の性質が一般の光源に備わっているかのような固定観念を激しく固めてしまっているようです．
わたしも以前はその誤りをしました．

干渉縞を写真のように像と呼ぶとわかりやすいかもしれません．
なぜなら干渉縞が瞬間に発生しても、写真にブレが起きる様に、明暗縞の位置の安定と観察期間にただ一つの像となるような安定をまだ要するからです．
一般の光源には単色光においてもまだそれらの安定が得られません．

同じ光源から出ましたが、レーザーでない光源では同じ初期位相を後続の光波が続けている保証はありません．
位相が異なれば像の位置ぶれが生じます．

同じ光源には単色という保証もありません．
同じ位置から別の波長、色を持った光線も重ねて同時に発生します．
また光源からの光は断続をしたパルスの可能性もあるのです．
パルスごとに波動の３要素が異なる光波が生まれている可能性があります．
このようにレーザーのような波動の３要素、波長（振動数、周波数）、初期位相、振幅が、特定単一の光源においてだけにしか、同じ１光源から分岐した２光からの干渉縞は起きません．

レーザーの場合、時間軸のコヒーレンシーと位置のコヒーレンシーがたとえばレーザーの干渉性の評価に用いられます．レーザーの性質の特徴は時間コヒーレンスと位置コヒーレンスと呼ばれます．

分割する光は安定した１波動がレーザーのように観察の期間連続してないと、ご回答は成り立っていません．

まだ干渉縞が表れないはずなのです．