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二重スリット実験は、量子力学における最も重要な実験の一つです。この実験では、光源から放出された光が、二つの平行なスリットを通過してスクリーンに到達します。この実験により、光や電子などの粒子が波動と粒子の二重性を持つことが明らかになります。
多数の光子が二重スリットを通過すると、スクリーンには明るい部分と暗い部分が交互に現れる縞模様、すなわち干渉縞が形成されます。これは、二つのスリットから出た光の波が互いに干渉し合うことで生じる現象です。明るい部分では波が強め合い、暗い部分では波が打ち消し合っています。
驚くべきことに、光子を一個ずつ時間間隔を置いて放出しても、最終的にスクリーンに蓄積されたパターンは同じ干渉縞になります。これは、個々の粒子がまるで同時に両方のスリットを通過し、自分自身と干渉しているかのような振る舞いを示しています。これが量子力学の波動性を表す重要な証拠です。
最も驚くべき発見は、どちらのスリットを粒子が通過したかを観測しようとすると、干渉縞が完全に消失してしまうことです。代わりに、単に二つのスリットの形に対応した二つの明るい帯が現れます。これは、観測という行為そのものが粒子の波動性を破壊し、粒子的な振る舞いを強調することを示しています。
二重スリット実験は量子力学の核心を示しています。粒子は観測されるまで波動と粒子の二重性を持ち、重ね合わせ状態で存在します。観測により波動関数が収束し、粒子的な振る舞いを示すようになります。この実験は量子力学の基本原理を実証し、現代物理学の基礎となる重要な発見です。