レーザーポインターの干渉縞 Pb7回

2022年9月1日

2重スリット実験 ファインマン 不確定性原理 量子力学

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2022年7月1日のブログ記事があります、「物理界の巨人ファインマンが信じ、量子力学で信じられている不確定性原理。そんなものはない。Pb6回」です。 

その記事が404エラーで2ヶ月間の間、検索エンジンの対象外でした。ショックでした。

気を取り直して、更にパワーアップして前回の記事内容を支援する記事を書きました。


404エラーでGoogle検索とBing検索から対象外


それが404エラーでGoogle検索とMSのBing検索から対象外になっていました。

その記事以外でも404エラーがいくつかの記事でありました。 
アインシュタインの特殊相対性理論は間違いだシリーズで3本の記事です。

今日、気が付いて修正しました。 
せっかく書いた記事が2ヶ月間も検索の対象外でした。 がっかりです。

プログはGoogleがやっているGoogle Gloggerという本家を使っています。
それでSEO対策に大きな問題はないはずと考えていました。
しかしトラブってショックです。

結論

「物理界の巨人ファインマンが信じ、量子力学で信じられている不確定性原理。そんなものはない。Pb6回」の記事はかなり長いです。

記事が長く途中で結論が分からなくなることがあると思います。
それでその結論をシンプルにまとめました。 

その結論を一言でいうと

レーザーポインターでは1つのホールで干渉縞ができます。
1つのホールが1つのスリットに相当します。

それで同じように電子の放射実験をすると1つのスリットだけで干渉縞ができます。
2つのスリットは必要ありません。

電子の飛行は電磁波なので、波動性があることが考えると当たり前のことです。
難しく考える事自体が難しいほどシンプルなことです。

電子の2重スリット実験が、1つの電子が空間を瞬間移動したり、1つの電子が同時に二つ存在したという証拠にはなりません。

巨人ファインマンが信じ、量子力学で広く信じられている不確定性原理。
そんなものはないが結論です。
巨人ファインマンと量子力学の科学者の勘違いです。

レーザーポインターの干渉縞(干渉模様)

簡単にレーザーポインターの干渉縞はできます。 特別な工夫は必要ありません。

アマゾンで買った安いレーザーポインターです。2メートル先にあるスクリーンにレーザーポインターの光を単に当てただけです。 スリットもありません。

その干渉縞をスマフォのオートモードで撮影した写真です。 
仕掛けは一切ありません。誰でも簡単に再現実験ができます。

実験装置

必要なものは、レーザーポインター、スクリーン(壁でOK)、撮影用のスマフォだけですす。

1メートルでは干渉縞は狭く識別し難いですが、2メートル以上離れると十分な干渉縞が肉眼ではっきり見えます。


Fig.1 レーザーポインターの干渉縞
Fig.1 レーザーポインターの干渉縞

レーザーポインターの干渉縞が出来る理由

干渉縞は1つの光の位相と速度の僅かなバラツキで生まれます。
レーザーポインターで干渉縞が出来る理由は3つが考えられます。

1つ目: レーザーポインターの集光用ホール

ヤングの光の干渉実験

有名なヤングの光の干渉実験が下図のFig.2です。
 
ヤングの実験では1段目のプレート(S1)の穴は1つ(a)だけです。 
そのaの穴で光の集光をしています。

下図のFig.2の図には描かれていませんが、光源からは球状で光が放射されてています。
そのままでは様々な位相の光があって、光源の光の強度によってはスクリーンのdには影が薄いか、まったくできません。

レーザーポインター

レーザーポインターの先端は丸いホールがあります。 そこから光が出てきます。
そのホールで光の集光をしています。ヤングの実験のFig.2のaに相当します。 

aからdにレーザーポインターの光が直接当たります。
S2のつい立とbとcのスリットはありません。

そのホールの穴のサイズaとスクリーンまでの距離a-dに応じて干渉縞の影ができます。

レーザーポインターの影の位置を推定する

ウィキからの引用ですが、
スリット間の間隔を a、スリットとスクリーンの間の距離を D、光源の波長を λ とすると、光が強めあう条件は次のように表すことができる
Fig.2 ヤングの光の干渉実験 Stannered - File:Ebohr1.svg, CC 表示-継承 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19054719による
Fig.2 ヤングの光の干渉実験
Stannered - File:Ebohr1.svg, CC 表示-継承 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19054719による

 

ヤングの数式から干渉縞の1つ目の影を計算します。 
レーザーポインターのホールは2.5mm、スクリーンまでの距離は11.7m、
レーザーの波長は650nm


x= ( 650 * 10^-9 m ) * (11.7m) / (2.5*10^-3 m) = 3.0 * 10^-3

1つ目の影の位置は中心から3.0mmです。 
10個目の影の位置は30mmの位置です。 

実測の影は1つ目の影の位置は中心から3mmでした。推定値と一致です。
10個目の影の位置は33mmでした。推定値は30mmです。
実際に観測された干渉縞の位置とだいたい一致します。


Fig.3  レーザーポインターの干渉縞 距離11.7m
Fig.3  レーザーポインターの干渉縞 距離11.7m




ヤングの光の干渉の実験でレーザーポインターの干渉縞ができる理由がはぼ納得できました。 

これから続く2つ目の理由と3つ目の理由は、検討した記録として残しておきます。

2つ目: 光の放射面に幅がある。

半導体レーザーの光は理想的な幅のない点として放射されません。
光の放射面は物理的な幅があります。

理解し易いように言うと放射面の両端から光ででるので干渉縞ができます。



3つ目: 光の横ドップラ効果

1)に加えて光の横ドップラ効果が干渉縞を作っていると推測しています。

地球の自転が光の速度の連続変化を作っています。
光のオリジナル速度とそれに加算されている公転速度が連続的に変化します。
それがが干渉縞を作りだしています。

下図Fig.4は2次元表現した音のドップラー効果のイメージ図です。
光の横ドップラ効果でも同じように考えることができます。

地球が自転すると毎微小時間内で下図のように観測者であるスクリーンに対する光の到達時間が変化します。 A-O、B-O、C-Oと距離が変化していることが分かります。

それが光の横ドップラ効果に相当します。


Fig.4 2次元表現の音のドップラ効果のイメージ図
Fig.4 2次元表現の音のドップラ効果のイメージ図

絶対的に信じている不確定性原理

物理界の巨人ファインマン先生と物理界が絶対的に信じている不確定性原理(空間を瞬間移動したり、1つの存在が同時に二つ存在する)の証拠は一つの実験結果しかありません。

それが電子の2重スリット実験です。

信じている理由

実験では1つの電子を発射したら干渉模様ができました。それは事実です。

電子の2重スリットを通り抜けた電子はスクリーンに衝突してその跡が残ります。
その衝突跡の密度分布が干渉模様になりました。 

干渉模様ができるには同時に2つの電子がスリットを通り抜けて、その2つがお互いに干渉し合って干渉模様ができます。

それで1つの電子がなぜか2つの電子として存在した紛れもない事実であると強く主張して証拠と言っています。

ファインマン先生と物理界が間違っている理由

レーザーポインターの干渉縞はヤングの光の干渉実験にあった1段目の集光用のホールだけでできます。 

スリットが一つで干渉縞はできます。 
スリットが2つ必要がありません。

スリットが一つでも干渉縞ができその意味は、

量子力学のミクロの世界では1つの電子が2つになって同時に2つのスリットを通り抜けたことの証明になりません。

さらに電子の2重スリットを通り抜けた電子はスクリーンに衝突してその跡が残ります。
その衝突跡の密度分布を干渉模様と判定しています。 リアルタイムの観測ではありません。 

本当の干渉縞はリアルタイムでの光や電磁波の強度が縞を作ります。 衝突跡の密度分布ではありません。

また電子は極めて小さいのので、そのミクロのサイズの精度で電子を放出することは難しいです。 現実には現在の科学の水準では無理です。 それで電子の放出には必ず位相差が毎回生まれます。ヤングの光の干渉で説明できる縞よりも小さいですが、それも干渉縞を作ります。 


量子力学に確率的に常識に反することがあり得ると言っていますが、それは勘違いです。
余りに常識に反することは量子力学のミクロの世界でも起こらないと考える方が自然と考えています。

今後の課題

レーザーポインターは2㎜程度のホールで光の集光を行っています。
高精度を要求されるレーザー装置は光学系のレンズで集光を行っています。

高精度のレーザー装置の場合はの発光面の幅があることがで位相に違いが生まれてできます。 その位相による干渉縞を考慮する必要があります。

その時もスリットが無くても干渉縞ができます。
 

また地球上で電子の放出実験を行うと、光の横ドップラー効果が生まれて常に干渉縞が生まれまると考えています。


資料

1)ヤングの実験 wikipediaから
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A4%E3%83%B3%E3%82%B0%E3%81%AE%E5%AE%9F%E9%A8%93


更新記録

1)ヤングの光の干渉実験に関わる全ての部分を追加 
同じくヤングの光の干渉実験からの結論をまとめと結論の内容に反映した 
2022年9月2日


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