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.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．