ヤングの実験の回折について

質問

ヤングの二重スリットの実験に限ったことではありませんが、光の波が回折するにはスリットの幅が波長より短くないといけないとのことを聞いたのですが、何故そうなるのかがよくわかりません。
それは高校物理で理解しておくべきことなのでしょうか？
その点もふまえて回答頂けたら嬉しいです
もしかしたら自分の聞き間違えや、勘違いかもしれませんが、解説お願いします。

回答No.2

Quarks

高校物理では、「単スリットによる干渉」は扱わないと思いますので、知識として知っているだけで良いでしょう。でも、高校物理の範囲でも、理解できないことではありません。定性的な議論になりますが、書いてみます。

単スリットで考えてみましょう。添付図は、スリット幅が波長λよりかなり広い場合です。
スリットから角度θの方向（Ａの方向）に進行してくる波の干渉を考えます。

Ｐから出た素元波とＲから出た素元波は、Ａに至る光路差がλ/2となる関係にあります。これは打ち消し合う関係にあります。
Ｒは明らかに、Ｐから半波長離れたＱよりも右側にあることは記憶しておきましょう。
次に、Ｐよりもホンの少しだけ右側の点から出た素元波を考えましょう。これはまた、Ｒよりもホンの少しだけ右側の点から出た素元波と打ち消し合うはずです。
こうして、Ｐ～Ｑ（或いはＰ～Ｒ）までの区間から発した素元波は、スリット幅がλより十分広ければ、Ｒ～Ｓ（或いはＲ～Ｔ）の素元波によって打ち消されるわけです。
言い換えれば、スリットの任意の点で生じた素元波を考えたとき、この素元波を打ち消してしまう素元波が必ず存在するということです。これは、
　Ａ方向の回折波が観察されない
ということです。
もっとも、θが90°に近ければ、上記の条件を満たすＲは、ずっと右に偏った点になりますから、実質上、Ｐからの素元波を打ち消す素元波を作るＲはスリット幅の外になってしまうことでしょう。これは、スリットに対して90°に近い方向の波はほとんど打ち消されることはない、ということを意味します。
こうして、スリット幅が広い場合、波はほとんど"回折せずに"直進する波だけが観察されることになります。

一方、スリット幅がλより狭ければ、Ｒ～Ｓの区間の少なくともその一部はスリット幅の外になってしまいます。ちょうど、上で述べた、θが90°に近い場合と同じ状況ですから、Ｐ～Ｑの素元波の"すべて"を打ち消すことができないということを意味します。つまり、いくらかの素元波は打ち消されることなくＡの方向で観察される（＝Ａ方向に回折波がやって来る）ということです。

回答No.1

雪中庵（@psytex）

スリットの幅が広いと、そのスリットの幅の端っこを
通る光同士が干渉して、直進光になるからです。
離れたスリットを通った光同士が干渉を起すには、
そのスリットを通った光が、回析によって同心円状
に拡散する必要があるのです。