영의 실험

1801년에 토마스 영(Thomas Young)은 두 개의 중첩하는 빛은 간섭효과를 일으킨다는 것을 실험적으로 알아내었다. 그리고, 그는 관찰을 통하여 태양광의 평균적인 파장을 알아내었다. 그가 알아낸 태양광의 파장은 570nm 였는데, 이는 현재 구해진 값인 555nm 와 거의 근접한 값이었다. 영은 태양광을 광원으로 하여 단일 슬릿과 이중 슬릿을 이용하여 간섭 효과를 밝혔다. 아래 그림은 이중 슬릿에 의해 파가 중첩되어 밝고 어두운 무늬의 반복이 이루어짐을 보여 준다. [그림 1] 영의 실험에서 파의 진행 모습 (원통 파) 처음의 단일 슬릿으로 태양광이 들어오고, 회절 현상에 의하여 다시 퍼져 나가게 되어 이중 슬릿에 도달하게 된다. 회절 현상은 다시 일어나 서로를 간섭하게 된다. [그림 2]는 이중 슬릿의 각 슬릿들이 다시 2차 파원이 되어 서로의 골과 골이 만나서 어두운 무늬를 만들고, 마루와 마루가 만나서 밝은 무늬를 만드는 과정을 보여 준다. [그림 2] 무늬를 만드는 과정 이를 자세히 알아보기 위해 영의 간섭 실험 기본 구조를 나타내면 다음과 같다. [그림 3] 영의 간섭 실험 기본 구조 단일 슬릿과 이중 슬 릿은 이중 슬릿의 슬릿 간격 a 와 비교하여 실제로 굉장히 멀리 떨어져 있기 때문에 모든 줄무늬가 [그림 3]의 스크린의 중앙점 O에 비교적 근접한다고 가정할 수 있다. 와 를 따른 광선의 경로차는 근사적으로 아래의 식으로 주어진다. S1, S2에서 이 P점까지의 거리를 r1, r2 라 하면, (식2) 슬릿 S1, S2에서 호이겐스의 원리에 의하여 발생하는 2차 파는 주어진 관찰점에 도착하기까지 서로 다른 거리를 이동해야 한다. P점에서의 빛의 밝기는 다음 식과 같은 관계에서 결정된다. (식3) 물론, 여기서 두 파는 동일한 초기 위상을 지니고 있다고 보기 때문에 Φ1 - Φ2 = 0 를 가정한다.