当前位置: 减弱器 >> 减弱器资源 >> 三分钟读懂量子力学揭秘双缝干涉现象
从某种意义上来说,任何人去了解量子力学,都不需要有压力,因为我不明白,你不明白,费曼也不明白。——RamamurtiShankar
双缝干涉实验其实没有任何特殊性,并非传闻那样神秘莫测。对于实验现象,必须明确一点:大自然只做对的实验。凡是已经发生的现象都是对的事实,诡异仅仅在于不符合人的日常经验。
量子力学之父普朗克舍弃“能量均分定理”,提出了量子假设ε=hv=ω,揭示了世界的离散性,标志着量子力学的诞生,而双缝干涉现象正是量子力学最初的密码。
双缝干涉实验分为两类,第一类是关于光的干涉,第二类是关于电子的干涉。
光的双缝干涉实验
双缝之间的距离bc=D双缝,顾名思义就是在一个不透明板上切开两条细缝(缝宽D≈波长λ),然后用激光源照射不透明板,让两束光波发生相互干涉(想象水波干涉),当路程差是半波长的偶数倍时(Dsinθ=nλ),光波的相位相同,振幅互相叠加,形成亮条纹。最终在感光屏上形成明暗相间的条纹图案。
水波干涉实验到此为止,就是我们熟知的杨氏双缝实验,它证实了光的波动性。最重要的下一步在于:减弱激光源的强度,当达到一定程度时,出现了反常的现象:感光屏上的亮条纹并没有均匀地减弱,不像水波那样,而是亮条纹中有的部分依然很亮,而有的部分却很暗。这暗示了光的粒子性。
光的干涉图像电子的双缝干涉实验
再来看电子的双缝实验,把激光源换成电子枪,感光屏换成探测屏,按照牛顿粒子的行为,经过两条缝的电子束是不相关的,只打开一条缝,探测屏上的图像是锥形的,那么打开两条缝,叠加图像也应该是锥形的(也就是说,一条缝时,中点上是5个电子,那么两条缝会得到10个)。
然而实验图像也是明暗相间的条纹状(中点上是0个电子)。实验数据表明,同光的波长关系式一致,对应的电子必须具有波长λ=h/p,因此,相差半个波长的位置才会干涉相消。改变电子枪的电势差,增大电子的动量,则波长变短,实验图案同样会被压缩。这证明了电子的波动性。
电子的干涉图像电子干涉实验最重要的下一步在于:在双缝后面分别添加电子检测器,以确定每个电子经过了哪个缝隙,结果干涉的明暗条纹消失了。实验数据表明,在个电子中,大约有20个电子没有被检测器捕捉到,而实验图像的锥形曲线竟然出现了2%的起伏波动。
这意味着,检测器捕捉到的电子按照牛顿力学方式叠加,没有检测到的电子仍然发生了干涉。这是一件令人吃惊的事情,因为在牛顿体系中是无法被想象的!
白光的干涉图像综上所述,波动性决定了光或电子的运动,告诉你最终位置的可能;粒子性决定了光或电子的作用,明确测量的具体结果,这就是量子力学最初的秘密。
双缝干涉实验本质上就是一个自然现象,以往我们习惯于让现象符合已有的经验框架,而此次是建立新的经验来符合现象。但是不得不承认,后者才是科学道路上最常用的方式。
三分钟读懂量子力学:什么是波函数?