Su dalgalarında kırınım ve girişim olaylarını somut ve gözle görülür bir şekilde öğrendikten sonra hakkında hem tanecik hem de dalga özelliklerinin olduğu ileri sürülen ışık ile ilgili bazı sorular sorup cevaplarını inceleyelim. Acaba ışık için de kırınım ve girişim olayları gözlenebilir mi?

1801 yılında Thomas Young tek renkli bir ışık kaynağının önüne tek yarıklı bir levha yerleştirdi. Levhadaki yarıktan çıkan ışınların önüne üzerinde iki yarık bulunan ikinci bir levhayı, birinci levhaya paralel olacak şekilde yerleştirdi. Bu noktada ışığın tanecik doğası için ikinci yarığın önüne koyduğu perde üzerinde iki tane aydınlık çizgi ve diğer yerlerde karanlık olması beklenirdi. Ancak öyle olmadı, sonuç farklıydı ve ikinci yarığın önüne konulan perde üzerinde merkezde aydınlık olmak üzere onun sağında ve solunda bir hat üzerinde gibi sıra sıra dizilmiş karanlık ve aydınlık bölgelerin oluştuğunu gözlemledi. Bu gözleme göre,ışık dalga özelliğini ortaya çıkararak su dalgaları gibi girişime uğramaktadır.

Young deney düzeneğinin basitleştirilmiş gösterimi. a bir delikli plaka, b iki delikli plaka ve d ışığın düştüğü gözlem plakasıdır.

Çift Yarıkta Girişim

Monokromatik (tek renkli) ve uyumlu (koherent) ışık kaynağından çıkan ışık, birbirine çok yakın ve ışığın dalga boyuna yakın darlıkta, iki yarıktan geçirildiğinde perde üzerinde merkezi aydınlık saçak ile bunun alt ve üst tarafında doğrusal olarak sıralanmış karanlık ve aydınlık saçaklar oluşur. Kırınım dan farklı olarak ışınım gücü merkezi saçakta çok fazla değildir. Yine merkezden uzaklaştıkça ışınım gücü azalır ama kırınım da olduğu gibi ani bir düşüş gözlenmez.

Etkinlik

Işıkta çift yarıkta girişimi gözlemlemek için kırtasiye ya da oyuncakçılarda bulabileceğimiz kırmızı ya da yeşil renkli ışık yayan bir lazer cihazı yeterli. Lazerin ışık çıkan tarafındaki vidalı kapağı çıkaralım. Işığın çıktığı yuvarlak yeri tam ortadan bölecek şekilde saç telini yerleştirip saç telinin uçlarını lazerin üzerinde karşılıklı olarak selobant ile yapıştırarak sabitleyelim. Saç teli lazer ışığı çıkan yerin üstünde gergin durmalı.

Karanlık bir ortamda lazerimizi yakıp 1 metre kadar uzakta duvara tuttuğumuzda duvarda aydınlık ve karanlık girişim saçakları oluştuğunu göreceksiniz. Not: Saç teli kalın olursa daha iyi bir sonuç alabilirsiniz. İmkânınız varsa farklı renkte lazer kullanarak sonuçları karşılaştırabilirsiniz. Yine lazeri duvardan (perde) uzaklaştırıp yakınlaştırarak saçaklarda oluşan değişimlere dikkat ediniz. (https://www.youtube.com/watch?v=n1Y9MexS-Ok buradan nasıl yapacağınızı seyredebilirsiniz).



Su dalgalarında girişimde olduğu gibi ışıkla yapılan çift yarıkta girişim deneyinde de saçakların özellikleri (aydınlık ya da karanlık) yarıklara (kaynaklara) olan uzaklıklarının farkının (yol farkı) büyüklüğüyle ilişkilidir.

  • Yol farkı ışığın dalga boyunun tam katları ise, ΔS = n.λ (n= 1, 2, 3, …), aydınlık saçak oluşur. n kaçıncı aydınlık saçak olduğu bilgisidir.

Yol farkı ışığın dalga boyunun buçuklu katları ise, ΔS=(n-1/2).λ  (n=1, 2, 3, …), karanlık saçak oluşur. n kaçıncı karanlık saçak olduğu bilgisidir.

Çift yarıkta girişim deneyinde;

  • Kaynak fanta paralel olarak yukarı doğru kaydırılırsa saçaklar aşağı yönde kayar
  • Yarıklardan birisi üzerine cam konursa ışık gecikeceği için saçaklar bu yarık yönünde kayar.
  • Saçak genişliği ile oluşan saçak sayısı ters orantılıdır
  • Saçak genişliği perde ile yarıkların arasındakiuzaklıkla doğru orantılıdır
  • Saçak genişliği kullanılan ışığın dalga boyu ile doğru orantılıdır
  • Saçak genişliği yarıklar arası uzaklık ile ters orantılıdır
  • Yarık aralıkları büyürse girişim deseni etkisini kaybetmeye başlar

Işığın dalga ya da tanecik özelliği için;

  • Kırınım ve girişim olayları ışığın dalga doğasını destekler
  • Işığın polarize edilebilmesi ışığın dalga doğasını destekler
  • Yansıma ve kırılma hem dalga hem de tanecik doğasıyla açıklanabilir
  • Fotoelektrik olay tanecik doğasını destekler.

Dalgalarla ilgili daha önce periyot, frekans, genlik, yayılma hızı, dalga boyu, ışık şiddeti ve ışınım şiddeti gibi kavramları dalga parametresi olarak öğrenmiştiniz. Bunlara ek olarak dalga sayısı, bir dalganın 1 cm’deki dalga sayısını veren büyüklüktür. σ ile gösterilir.