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什么是双缝干涉？ - 知乎

什么是双缝干涉？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册量子物理双缝干涉实验量子理论什么是双缝干涉？关注者12被浏览144,762关注问题​写回答​邀请回答​好问题​添加评论​分享​7 个回答默认排序知识漫游指南​ 关注双缝干涉实验证明了光的波动性，否定了牛顿的光微粒说。

双缝干涉实验起源于光学研究，以它的发现者托马斯·杨（Thomas Young）的名字命名：杨氏双缝干涉。

杨氏干涉实验里，光从隔板上的小孔 S1 发出来，经过隔板 S2 上间隔很小的两条缝 b 和 c。

当光经过隔板时，它会被窄缝 b、c 散射，散射后光继续传播，最终在屏幕上形成了干涉条纹，这个实验证明了光的波动性。

但如果是粒子的话，比如很多子弹从机枪里射出来，通过有两个窄缝的墙，这些子弹的落点就会在屏幕上形成两个正态分布的叠加，这样的话应该是得到两个相对强的条纹，两条相对亮的部分中间可能是一个稍暗的部分。

所以，干涉条纹是波的特征，而两个正态分布的叠加是粒子的特性。

杨氏双缝干涉

但当我们把一粒一粒的光量子换成电子，电子也会发生像光波一样的干涉，虽然实际的电子双缝干涉实验一直到 20 世纪 60 年代才做出来，但早在 1927 年电子的波动性就在电子衍射实验里看到了。

等一下，电子不是粒子吗？

如果放一个探测器来记录电子到底是从哪个窄缝过去，我们不得不用一些测量工具来感知，比如说用一束光来照亮窄缝，电子过去的时候就会挡住一部分光，那么我们就会记录电子是从哪一条窄缝过去的。

然而电子太轻了，光会改变它的行进方向，不单单是把电子从一个随机的地方踢到另外一个随机的地方，而是改变了电子的分布趋势。

当我们观测的时候，电子的分布从干涉条纹变成了正态分布的叠加，这是典型的大量随机粒子的经典行为。

等一下，说好的波呢？

经典粒子经过双缝会在投影壁上形成两个正态分布的叠加

量子粒子经过双缝干涉形成明暗相间的干涉条纹

波粒二象性给出了双缝干涉的一个解释：我们无法设计一个实验，同时来揭示波或粒子两方面的信息。任何一个实验，要么揭示量子的波动性，要么量子的粒子性。这两者互相「背书」，是背对背谁也看不到对方的背书。

但这两者的结果毕竟是不一样的，物质到底是什么，难道竟然是由我们选择的观察方式决定的吗？

这难道意味着树林里的苹果是以我们听或看的方式而决定其落地与否的吗？

但现在我要说一下接下来的游戏规则，与其一步一步引人入套，把人带进逻辑的泥坑，我明明白白地告诉读者好了，我将带读者进入这个非常有「违和感」的逻辑体系里，赤裸，直白，但这也是诸多量子力学和现代物理学工作者不愿意、不屑于去做的，做这件事情花太多的精力，而往往效果甚微，因为这个逻辑体系发生在现代数学逻辑建立之后。

牛顿在建立万有引力体系的时候，没有微积分，牛顿自己建立了一套数学语言来描述它。

微积分和理论力学同步成长，我们可以根据描述的对象来修改工具。

然而量子力学建立的时候，它所用的数学工具都已经摆在那里了，物理学家拿来用就好。

这导致了另外一个麻烦，当努力向不是物理专业的读者解释我们所理解的量子图像的时候，我们总说，您能先学习一下线性代数和偏微分方程吗？

试图绕过数学这一关，用文字来解释量子力学是一个不严谨的过程。

接下来我就简单说明一下什么是量子力学，读者可以干脆认为我狡黠，不为别的，只为让读者对这套思维方式觉得不适应、不舒服和不习惯。

不过别着急，不懂不是你的错，是这理论的错。

费曼（Richard Feymann）讲没人真正懂了量子力学，它原本就没打算被「人」理解。

严肃地说，它可能触及了人类理性认知的极限，理解它要迫使我们或给我们机会绕开惯常的思维模式，另走一条新路。

与我们习惯的客观不同，观测是量子力学的核心问题。

观测行为本身改变了被观测物体，而我们一定要强调和明确的是观测所选择的工具决定了物体的性质，而不是工具选择决定了我们「能看到」哪种性质。读者没读懂可以再读一遍。

首先，一个孤立的物体是无法被感知的，而任何试图观察它的过程都是物理的，需要跟它发生相互作用，这吻合体验主义的基本想法。

去研究我们无法观测的现象和无法验证的结论是缺乏实际意义的，但研究趋近这些想法的工具却是重要的前提条件。

我们无法不改变事物本身而得到一个「客观」的结果。

对微观物体而言，这是很好理解的。

我们观测一个电子的运动，不用光来照明，就没有办法知道它的轨迹，但用光来照明，光的能量就已经可以改变电子的运动轨迹。

对宏观物体而言，因观察产生的作用效果大多时候太小而被我们忽略掉了。

但因为非线性效应的可能作用，因观察而引起的效果往往也有可能是无法被忽略的。

这是否意味着林子里的苹果你不去听它就不会落地？

盒子里的猫你不去打开盖子看，它就处在死和活的叠加态？

观测者永远与被观测的事物牵连，观测改变着结果，观测方法也决定了观测的结果。

猜暗恋着的情人的心思，她于你有意，猜什么她都会说我喜欢，她的喜好是跟着她内心的答案走的。

人类的理性不喜欢这样的不确定性，比如我们希望理性的法制社会的存在。

基本的原则在那，不管做什么，接受审判的人在被审判之前，就已经根据既定的法律对自己的行为所要面对的结果有预判，而法庭不能根据对已经发生事实好恶的主观情绪，在审理的过程中制定新的游戏规则。

「二战」后的法律界讨论纽伦堡大审判，从法理上来说对战犯的审判的罪名是不充足的，因为在「二战」进行过程中并无反人类罪的法律条款。

按照法理，是不能拿这个战后新依据来惩罚战争中的罪过的。

当然这几个类比是不严谨的，不能作为理解量子力学的途径。

在量子力学里，量子测量导致的更为诡异的事实是，它告诉我们事物的存在形式取决于我们认识它的手段，而这个手段甚至是我们可以事后选择的。

这意味着，我们也许从未生活在一个「客观实在」的世界里？！至少物理那端这是对的。

但「客观实在」是我们整个唯物论的基础。

为了讨论任何一个物体的位置和动量，我们需要界定专为测量这些量设计的实验的工作性能。

假定我们要测量一个电子的位置、速度或动量以及它通过空间的路径。

最直接的方法是用一架显微镜来跟踪这个电子的运动。

然而电子自己是不会「被看到的」，我们需要用「光」来照亮它，显微镜再收集被电子散射的光而被我们看到。

电子的尺寸很小，为了让显微镜的分辨能力能够看见单个电子，所要用到的照明光的空间分辨率就必须很高很高，这样要求光的波长要很短很短，比如用波长非常短的高能量光——伽马射线，而这时就需要我们能接受伽马射线的显微镜来观察。

我们知道光的波长变短，频率就会增加，而德布罗意告诉我们这样的光动量很大。

伽马射线的光子从电子弹射开后，其中有一些被显微镜收集并用来产生放大的图像。

但是海森堡（Werner Heisenberg）指出，我们这里会遇到一个问题。伽马射线是由高能光子组成的，我们从康普顿（Arthur H. Compton）效应得知，每一个伽马射线光子被电子反弹，由于反作用力，电子也被弹开，而被弹开的方向和动量符合大概的概率分布，而不是确定的。

海森堡不确定原理在这里起了作用，这次观测导致的光子与电子的碰撞使得电子的运动方向和动量发生了变化，这种变化一般说来是不可预测的。

换个角度讲，用将光照到粒子上的方式来测量粒子的位置和速度，一部分光波被粒子散射开来，由此指明粒子的位置。

但人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间的距离更小的程度，所以为了精确测定粒子的位置，必须用短波长的光，这样电子的动量就更加的不确定。

不用光子和电子相互作用的话，我们对电子的状态便一无所知，电子的运动状态是不同方向和大小的动量和空间任何位置的所有可能的叠加。

用光作为探测手段，当我们看到电子的位置的时候，把所有其他的可能排除掉了。

虽然也许我们能够确定电子的瞬时位置，但是电子与我们用作探测的光子相互作用，意味着我们对电子的动量将一无所知，并且因为这次测量电子的动量将更加的不确定。

我们也可以使用能量低得多的光子来避免这个问题，方便我们测量电子的动量。

可是光的能量低，它的光波长就会较长，这意味着空间分辨率的降低，我们因此必须放弃获得确定电子位置的期望。

海森堡得出结论，量子粒子的位置和动量不能同时精确测量。要想确定这些量，

© 本内容版权为知乎及版权方所有，侵权必究编辑于 2024-03-11 16:26​赞同 11​​添加评论​分享​收藏​喜欢收起​泰文河物理生物​ 关注 双缝干涉实验：证明了光具有波动性的实验。而牛顿和爱因斯坦都倾向于光具有粒子性，所以，双缝干涉实验具有很重要的意义。 很有名的延迟选择量子擦除实验（Delayed choice quantum eraser experiment），是量子擦除实验与惠勒延迟选择实验的结合，最早由Yoon-Ho Kim、R. Yu、S. P. Kulik、Y. H. Shih及马兰·斯考立完成，并于1999年初发表。此实验设计用意为探讨量子力学中知名的双狭缝实验以及量子缠结的特殊结果。 以上实验涉及量子纠缠，涉及量子力学理论的各种解释。哥本哈根学派对此的解释是，我们不能将观察仪器与观察对象分开来讨论，尽管实验中的两种情况只有最后部分不同，但这局部的变化使得整个物理过程发生了改变，这两种情况其实是两个完全不同的实验。玻尔对此就曾说：“事实上，在粒子路径上再加任何一件仪器，例如一个镜子，都可能意味着一些新的干涉效应，它们将本质地影响关于最后记录结果的预言。 最近的研究表明，延迟选择量子擦除实验涉及物质、暗物质和暗能量，所以非常复杂。 其中最难理解的就是光子的复合结构的能量降低是暗能量的超光速降低，这个超光速的能量改变让我们误以为，在延迟选择量子擦除实验(Delayed choice quantum eraser experiment)中未来决定过去，其实不然，双缝实验的结果都是按照时间顺序来完成的。暗能量是超光速的膨胀态能量，影响光子复合结构的频率，而暗物质和物质是等于光速或者小于光速的收缩态能量，是形成干涉条纹的主要贡献者(形而下时空就是具有物质性，而干涉条纹是物质性的)。也就是说，形成干涉条纹的主要是能气场和形而下时空，而暗能量的膨胀态能量不形成干涉条纹。强调这些，就是说明干涉条纹的形成是等于或者小于光速的，而频率改变是超光速的。这是解释延迟选择量子擦除实验的秘密所在。延迟选择量子擦除实验看似是测量在后，其实从计算时间上看，还是频率改变在先，干涉条纹形成在后。能量降低和频率改变是暗能量的超光速改变，这是时空阶梯理论的核心解释。有了这个核心解释，其余的双缝实验的秘密都迎刃而解。 详细请看：发布于 2019-10-20 02:23​赞同 1​​1 条评论​分享​收藏​喜欢

双缝干涉实验最新解释 - 知乎

双缝干涉实验最新解释 - 知乎首发于物理前沿探索切换模式写文章登录/注册双缝干涉实验最新解释物理前沿探索者理论物理爱好者有人把电子双缝干涉实验被称为十大经典物理实验之首，众多物理学爱好者都对其做出了不同的解释，但都没有得到公认。在光学发展史上，波动说和微粒说两种观点不断交锋，虽然在二十世纪物质波理论（认为任何物质包括光都具有波粒二象性）为两者的争论暂时划上了句号，此后人们认为，解释干涉衍射现象就要用到波动理论，解释光电效应、光在真空中的传播就要用到微粒模型，两者互不相干又神奇地共存于一个微观粒子上，虽然暂时平息了争论，但电子双缝干涉实验、延迟选择实验深刻揭示了物质波理论的巨大隐患，也孕育了物理学取得重大发展的新机。在多年研究探索基础上，我们认为光的微粒假说是解决一切争端的关键所在，本章我们将用光的微粒模型阐述光的衍射现象。有人指出，光的粒子性并非表明光子就是一个小球，引力子是不存在的，引力作用是靠引力波传递的，在名称上我们不作过多纠缠，我们的目的是探索光和引力作用规律及实质。道之所在，虽千万人吾往矣。（一）电子双缝干涉实验的神奇之处。1974年，科学家在实验中将电子一粒一粒的发射出来并让它通过双缝，当第一个电子到达屏幕以后过一段时间再发射第二个电子，经过足够长时间之后屏幕上依然出现了干涉条纹。波动理论认为电子双缝干涉条纹是电子间相互干涉的结果（即通过左缝的电子与同时通过右缝的电子间产生了干涉），如果是成对的电子同时通过双缝还好理解，但问题是电子发射源每次只发射一个电子屏幕上依然产生了干涉条纹。那么单一电子在跟谁干涉呢？它到底通过哪条缝呢？为了搞清楚单个电子到底是从哪条缝经过的、电子有没有同时通过双缝，科学家在双缝后加了一个观测仪器，实验成功地观测到电子通过了左缝、右缝、左缝、右缝……，并且实验中发现同一时刻电子只通过一条缝。但更神奇的事情发生了：不加装探测装置观测的时候，电子表现出波的特性（在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹），而一旦加装探测装置电子就表现出粒子性（在屏幕上形成两条亮纹）。为了排除光子对实验的影响，科学们又做出了一种既不影响电子、又能观测到电子的装置，这种观测仪器不发光、只接收光，但得到结果还是一样：不观测电子就表现出波动性、一旦观测电子就表现出粒子性。在经历多次实验以后，科学家们普遍认同了这一观点：一旦我们观测电子就表现为粒子性，如果我们不观测电子就表现出波动性，于是有人提出人类的意识会影响最终的实验结果。 很多看书不认真的吃瓜群众对这个问题脑洞大开，任意发挥，认为一束光通过双缝后我们一旦对其观测形成的条纹也会发生变化，这实际上是对电子双缝实验的错误解读。实际上光通过双缝后形成的干涉条纹基本不受外界影响，比如我们可以把通过双缝的光用透镜汇聚到屏幕上依然能够形成干涉条纹，甚至在水中也能够做光的双缝干涉实验，充分说明光子通过双缝后即使受到外界影响也能够形成干涉条纹，这一点是和电子双缝干涉实验完全不同的：电子通过双缝后只要受到扰动作用就会形成两条条纹（科学家认为两条条纹表现了粒子性，多条条纹则表现出波动性）。(二)光线弯曲是引力作用造成的。通常情况下光总是沿着直线传播的，但是当光通过窄缝（或小孔）后会形成明暗相间的条纹（不连续的亮纹），人们把这种现象称为衍射现象。光的衍射现象是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时偏离直线传播路径而绕到障碍物后面传播的现象，简单地说就是光线拐弯了。上个世纪科学家就已经通过观测证实：从遥远星系发出的光经过太阳表面时会在引力作用下发生弯曲（引力透镜现象），说明光子确实会受到引力作用，太阳引力作用可以使光线偏离原来的运动轨迹；据此推理，既然引力作用可以使光线偏离原来的运动轨迹，由于窄缝两边是由物质实体组成的当然存在引力作用，所以光通过窄缝发生弯曲（偏转）这个观点至少在理论上是可行的。事实上我们在日常生活中也能够观测到光的衍射现象，常见的物体比如刀片、铅笔、手指缝等等，都能够观测到光照射这些物体而产生的衍射现象。所以研究缝引力使光线弯曲既有理论依据也有实验基础。光在连续变化的引力下并不会形成连续的亮纹。有人指出，如果认为光是一种微粒并且会在引力作用下会发生弯曲偏转，由于窄缝的引力并不是一成不变而是连续变化的（一般可以认为从缝中心到缝边缘处的引力连续增大），所以一束光通过窄缝时从缝的不同位置经过的光子偏转角度不同，总的来说一束光经过窄缝后的弯曲程度应该连续变化，这样光通过窄缝后就会形成一片连续亮区无论如何也不可能形成明暗相间的条纹。这说明简单的粒子模型不足以解释光的衍射现象，需要我们进一步探索光的本质。（三）微粒模型对直边衍射现象的分析。光的直边衍射是指光在传播方向上遇到不透明物体后在屏幕上形成特定衍射条纹的现象，直边衍射现象在我们日常生活中是非常普遍的。如上图中刀片的衍射就是直边衍射。一般情况下，不透明物体的引力会对其周围一定范围经过的光子产生影响，而不透明物体的引力影响范围通常在厘米的数量级上。直边衍射条纹的光强分布规律。为便于分析，我们把一束平行光照射不透明物体后在屏幕上形成的投影分成几何阴影区域外和几何阴影区域内两个部分，物体边缘在屏幕上的投影为几何阴影分界线。仔细观察直边衍射在屏幕上的投影，可以发现直边衍射条纹光强分布有以下规律：一是在几何阴影区域内,光强迅速下降,但并不为零,仍有较弱的能量分布,距几何阴影一定距离后光强才逐渐减弱到零。二是几何阴影分界线处光强既不是最大,也不是最小，光的强度约为无直边衍射时的1/4。三是在几何阴影区外产生明暗相间的条纹,但明暗条纹仅限于离不透明物体边缘很近的范围内。也就是说在几何阴影区域外光强重新分布，产生振荡起伏,随着与几何阴影边缘距离的增大，条纹变密，振荡幅度逐渐减小；几何阴影区域外距几何阴影边缘较远时光强趋于均匀，保持不变，与无直边衍射屏时相似。 上图是直边衍射现象光强分布示意图，图中左侧浅蓝色长方形区域为不透明物体的屏幕上的投影位置，在这个区域内黄色的曲线AB是光线发生弯曲后偏转到该区域内的形成的（如果光线不发生偏转则最多只能到达图中红线位置处）。图上右侧区域内BC曲线和由C到P的波动性曲线是光强在屏幕上的投影示意图。根据该图中光强分布的不同，我们把光经过不透明物体后形成的光强图案分成了三个部分：第一部分是光线偏转到不透明物体几何阴影区域内形成的连续曲线AB部分（即光线不偏转就不能够照射到的地方），其特点是随着离开几何分界线（不透明物体的边缘）距离的增大，光强从B到A迅速减小直到减小到零；第二部分是光线在几何阴影区域外（即光能够正常照射到的地方）形成的连续曲线BC部分，其特点是随着与不透明物体边缘距离的缩短光强从C到B迅速减小；第三部分是离开不透明物体边缘一定远处的C点到足够远处的P点，这部分光强分布呈现波动性变化，并且离不透明物体越近波动性越强、形成的条纹宽度也越大。Ｐ点再向外的地方光强没有波动，所以可以认为Ｐ点是不透明物体引力影响的最远地方。光子与引力子作用的两种形式。引力子和光子作用有两种方式：一种是光子同时吸收了“最小吸收基数”倍的引力子，我们简单称之为“吸收”；另一种是光子没有吸收引力子，光子与引力子之间的作用可以看作碰撞，我们把这种情形称为“碰撞”。很显然，由于光子质量远远大于引力子的质量，单个引力子或小于“最小吸收基数”倍的引力子与光子作用后，仅仅会使光子发生微小程度的偏转，虽然单个引力子与光子碰撞仅仅会使光子发生微小偏转，但是大量引力子对光子的碰撞引起光子的偏转就十分可观了；而当光子吸收了“最小吸收基数”倍的引力子时将完全吸收引力子的冲量作用，并发生较大程度的偏转。以上这个二分法虽然简单粗暴，但却足以解释光的直边衍射现象的形成原因。这里我们假设光子最少能够同时吸收的引力子数量是10000个，也就是说光子能够同时吸收的引力子数量是1万个的整数倍，光子同时吸收的引力子数量可能是1万个、2万个、3万个、4万个、5万个、6万个……，n*1万个。也就是说同一时刻光子不可能吸收1个、2个、3个、4个……9999个引力子，因为光子吸收了1个、2个、3个、4个……9999个引力子形成的新光子是不稳定的，将在极短的时间内“裂变”重新放出1个、2个、3个、4个……9999个引力子。如果同一时刻光子吸收了1万个引力子，则光子就会形成新的、质量更大的、能够稳定存在的光子，由于光子完全吸收了这1万个引力子，必将完全吸收这1万个引力子对光子的冲量作用，则光子就会发生较大角度的偏转，光子经过不透明物体后数量不会发生变化。因为光的本质是粒子，所以光子经过不透明物体后并不会因为相互干涉而消失，打个比方，8000个光子经过不透明物体投射在屏幕上还是8000个光子，并不会多一个也不会少一个。如果没有引力作用，则光子经过不透明物体后在几何阴影区域内光的强度为零（也就是说光子不可能到达这里），在几何阴影区域以外不同距离处光的强度应该是一致的。实际上由于光子经过不透明物体时受到其引力作用的影响，造成几何阴影区域以外光的强度是变化的，因为光子的总数是不变的，所以光的强度变化必然是有的区域增加而有的区域减少，并且某一区域减少部分的光强等于另一区域增加部分的光强。如果在几何阴影分界线向外一定距离处光的强度大于平均强度，必然有某处的光强度小于平均强度，大于平均光强的区域是光子在引力作用下偏转到此区域堆积形成的，小于平均光强的区域是由于该区域光子在引力作用下偏转到其他区域造成该区域光子数量减小形成的。 如上图所示，DE区域内的光子由于同时吸收了若干个引力子偏转到CD区域内，则DE区域内的光强必然减小而CD区域内的光强必然增大。由于距离几何阴影分界线越近引力就越强，所以越靠近几何阴影分界线的区域，光子同时吸收若干个引力子的几率也变大、发生偏转的可能性也大，造成此区域内光强的改变就越明显；而远离几何阴影分界线区域内引力较弱，此区域光子同时吸收若干个引力子的几率也较小发生偏转的可能性也较小，所以该区域内光强的改变就较不明显，当然了距离几何阴影分界线足够远处时光强的改变（光强的波动性）非常小就可以忽略不计了，此时光强等于平均光强。也就是说，离不透明物体边缘较远处的区域（如FG区域内）的光强改变必然小于离不透明物体边缘较近处的区域（如DE区域内）的光强改变，比如CD区域内光的强度要大于EF区域内光的强度。引力强度足够大将使光子产生连续偏转。接着分析，上图中BC区域由于最靠近不透明物体的边缘，在这个区域内光子受到的引力是最大的（相对于其他区域而言），从BC区域内经过的光子在引力作用下偏转到几何阴影区域内（即AB区域内），这就造成几何阴影区域内光的强度不为零的现象。由于BC区域内引力最强，所以光子受到的引力也最大，那么光子为什么没有形成不连续的亮条纹呢？这是因为当引力较大时，虽然吸收了10000个引力子的光子和吸收了20000个引力子的光子偏转角度不同，但是吸收了10000个引力子的光子同时还可能受到多个引力子的碰撞作用，这个碰撞作用使光子发生偏转，由于该区域内引力较大，所以光子与引力子的碰撞非常频繁，从该区域经过的光子受到不同数量的引力子碰撞，就会导致光子的偏转角度是不同的；由于该区域引力强度较大（引力子密度较大），一束光子经过该区域时光子可能受到数量连续变化的引力子的碰撞，由此造成光子的偏转角度是连续变化的，最终光子投射在屏幕上几何阴影区域内的光强就是连续变化的。也就是说，当引力强度足够大时，引力子与光子的碰撞作用足够频繁，将造成从此处经过的光子发生连续偏转。根据这一推论，我们初步解决了直边衍射现象中AB段和BC段光强变化的原因。有人会提出疑问，我们这个推论管用吗？实际上在单缝衍射现象中这个推论同样适用。上图是单缝衍射现象形成的图案，从图中可以看出，当单缝缝宽足够小时（通常指缝宽在毫米数量级上）光经过单缝就会发生较明显的衍射现象，而当缝宽继续缩小到一定程度时（如缝宽小于0.01毫米），屏幕上中央亮纹就会向两边无限延伸，也就是说，当缝宽足够小时（缝的引力足够强）光在缝的引力作用下是连续偏转的，这一点与直边衍射现象是相同的。在不同实验中出现了同样的规律，充分表明我们推论的正确性。不透明物体引力区域变化规律。为研究方便，我们画出直边衍射物体产生衍射现象的光强示意图，图中黑色曲线是光通过直边后的强度分布图。我们知道，不透明物体会在其周围空间产生引力场，而这个引力场是有一定作用范围的，我们把这个区域范围用一个渐变色填充的长方形来表示，长方形区域的上端颜色非常浅表示引力较弱、长方形区域的下端颜色较深表示引力较强。因为引力作用遵循平方反比定律，所以不透明物体引力影响区域内由上到下引力迅速增大。因为P点处光强波动趋近于零，所以我们可以认为不透明物体引力作用最远影响区域为P点，从P点到不透明物体边缘处引力连续变化并且逐渐增大。由于光子不能吸收单个的引力子而只能同时吸收10000个、20000个、30000个……引力子，根据光子在每个小区域内吸收引力子最大数量的不同，可以把不透明物体引力影响区域划分成若干个小区域。在离不透明物体最远的区域，光子从该区域经过时可能遇到的引力子数量从1到9999连续变化，这也决定了从该区域经过的光子不可能吸收引力子；再靠近不透明物体的地方，光子从该区域经过时可能遇到的引力子数量从10001到19999连续变化；再靠近不透明物体的地方，光子从该区域经过时可能遇到的引力子数量从20001到29999连续变化……，这样引力连续变化的区域可以分成若干个小区域，光子在每个小区域内吸收引力子的最大数量是一定的。图中12长方形区域（浅黄色区域）以上的部分因为离不透明物体边缘较远，所以从12长方形区域上方经过的光子不能够吸收10000个引力子（因为此区域内引力场强度不够大达不到光子不同时吸收10000个引力子的条件），因而也不会发生较大角度的偏转，从此处经过的光子在微弱引力作用下只会发生极不明显的向下方的微小偏转。图中12长方形区域内（浅黄色区域）引力也是从上到下迅速增大，假设这部长的长度为5，设从这个长方形区域的上边缘处经过的光子恰好能够同时吸收的引力子最大数量是10000个，而从这个区域下边缘处经过的光子恰好能够同时吸收19999个引力子，则从12长方形区域内经过的光子就有可能最多吸收10000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，也就是说由于引力强度（引力子密度）的原因，从这一区域经过的光子最多只能吸收10000个引力子并发生一定的偏转。从这一区域向下的23长方形区域内引力增大，从该区域内经过的光子可能吸收的引力子数量范围为20000个至29999个之间，则从这一区域经过的光子最多能吸收20000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，可见从这一区域经过的光子最大偏转角度较12区域大。因为引力作用遵循平反反比定律，所以越靠近不透明物体引力强度增加越快，很显然12长方形区域长度大于23长方形区域长度，假设23长方形这一区域长度为3。同样的道理，34长方形区域内引力比23长方形区域内引力强度大，从这个区域经过的光子有可能吸收的引力子数量范围为30000个至39999个之间，则从这一区域经过的光子最多能吸收30000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，34长方形区域的长度比23长方形区域长度更短，假设其长度为2。45长方形区域内引力比34长方形区域内的引力更强，从这个区域经过的光子有可能吸收的引力子数量范围为40000个至49999个之间，则从这一区域经过的光子最多能吸收40000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，45长方形区域的长度比34长方形区域长度更短，假设其长度为1。………………………………可见，离不透明物体边缘越远的区域内引力强度变化越不明显，离不透明物体边缘越近的区域内引力强度变化越明显。有人指出，根据我们以上的分析，由于光子吸收10000个引力子的12区域宽度，大于吸收20000个引力子的23区域宽度，大于吸收30000个引力子的34区域宽度……，这样光子分别吸收了10000个、20000个、30000个引力子……后投射在屏幕上形成的条纹宽度也应该不同，即有：离不透明物体越远处形成的光强波动其宽度应该越宽，离不透明物体越近处形成的光强波动其宽度应该越窄，这和实验结果完全相反：直边衍射形成的光强随着与几何阴影边缘距离的增大，条纹变密，振荡幅度逐渐减小。不透明物体周围条纹宽窄不同的原因。我们知道经过12长方形区域内的光子可能吸收10000个引力子而发生偏转，经过23长方形区域内的光子可能吸收20000个引力子而发生偏转（经过这一区域的光子也可能吸收10000个引力子发生偏转，还可能没有吸收引力子），因为12长方形区域宽度大于23长方形区域，由此吸收了10000个引力子的光子投射在屏幕上形成的条纹宽度就应该大于吸收了20000个引力子的光子投射在屏幕上形成的条纹宽度。实际上这种分析仅仅考虑了光子同时吸收若干个引力子后偏转的情况（也就是只考虑了光子与引力子作用中的“吸收”这一种情况），并没有考虑光子与引力子之间的“碰撞”对光子的影响。在图中12长方形区域内，虽然这个区域宽度最大，但是因为这个区域引力合力非常弱，所以光子同时吸收10000个引力子的几率也是最小的，可能只有从12长方形区域下底部极小的区域内经过的光子才有机会能够同时吸收10000个引力子发生偏转，所以经过12长方形区域光强改变量也较小；同时因为该区域内引力较弱，并且在此区域内从上到下引力迅速增大，所以经过此区域同时吸收了10000个引力子的光子偏转程度也是不同的：从区域上方经过同时吸收了10000个引力子的光子偏转程度小，从区域下方经过同时吸收了10000个引力子的的光子偏转程度大，造成投射在屏幕上的条纹宽度实际上是大于12长方形区域宽度的，投射条纹宽度的增加是引力子与光子“碰撞”作用形成的。再往下一些的23区域引力合力更大，由于引力合力变大（相当于引力子密度变大），在此区域内的光子同时吸收一定数量的引力子的几率也增大，所以光强改变也变大；同时光子吸收了若干个引力子后也有更多机会与引力子碰撞并发生较明显偏转，引力子与光子“碰撞”作用造成条纹拉宽更加明显，所以光子经过23区域后的光强改变量较大、偏转程度也较大，由此形成的条纹宽度也更宽。同样的道理，光子经过34区域后的光强改变量更大、偏转程度也更大……。在靠近不透明物体区域内的引力合力足够大，此处光强改变量也最大，光子将发生连续偏转。粒子模型对单缝衍射现象的解释。单缝衍射条纹的特点。光通过单缝后形成的衍射条纹有如下特点：一是衍射条纹是明暗相间分布的，位于中央的亮条纹宽度最大，约为其它亮条纹宽度的两倍，并且中央亮条纹两侧的亮条纹是对称分布的。二是不同衍射条纹亮度不同。一般来说，中央亮条纹的亮度最大，中央亮条纹两侧条纹的亮度随着条纹离开中央亮条纹距离的增加而迅速减小。一般有中央亮条纹的亮度＞第一条亮条纹的亮度＞第二条亮条纹的亮度＞第三条亮条纹的亮度＞……＞第N条亮条纹的亮度。三是缝越窄衍射条纹越向两边伸展，其亮度分布也越均匀，缝越宽中央亮条纹两侧的亮条纹亮度越小，当缝足够宽时光基本上沿着直线传播；当缝足够窄时中央亮纹就会向两边延伸，中央亮纹两侧的其它亮条纹就会消失。四是不同频率的光子通过同一条单缝后形成的亮条纹宽度不同，光子能量（质量或频率）越大亮条纹宽度越窄，光子能量（质量或频率）越小亮条纹宽度越宽。例如通过同一单缝后，红光的衍射条纹宽度就大于紫光的衍射条纹宽度。中央亮纹的形成。如图，当一束激光经过宽度为a的窄缝时将受到缝的引力作用，为简便起见我们把窄缝引力影响区域简化为1265矩形区域。我们把窄缝引力影响区域平均分成合力向上区域和合力向下区域两个部分，窄缝中3421区域引力合力向上、并且越靠近窄缝上底部引力就越大；3465区域引力合力向下、并且越靠近窄缝下底部引力就越大；窄缝中心线（34线）处的引力合力为零。当一束激光发出的光子经过窄缝时，大部分光子可能都没有机会吸收“最小吸收基数”整数倍的引力子而发生较大角度偏转，这些光子虽然没有吸收足够多的引力子但仍然会受到若干个引力子极小的冲量作用，在这个冲量作用下，从引力合力向上区域（3421区域）经过的光子会以一个较小的角度向上偏转，投射到屏幕上形成中央亮纹的上半部分（efhg亮区）；从引力合力向下区域（3465区域）经过的光子会以一个微小的角度向下偏转，投射到屏幕上形成中央亮纹的下半部分（ghji亮区），这样所有经过窄缝引力影响区域而没有吸收“最小吸收基数”整数倍引力子的光子最终投射在屏幕上形成中央亮纹（efji亮区）。可见，屏幕上中央亮纹是经过窄缝后没有吸收引力子的光子的集合。由于经过窄缝后没有吸收“最小吸收基数”倍引力子的光子往往占绝大多数，这些光子经过窄缝后会投射到屏幕上形成中央亮纹，所以中央亮纹的亮度是最大的。根据以上分析，可以得出两个结论：一是窄缝与屏幕的距离越大则中央亮纹越宽。这是因为经过窄缝后绝大部分光子都会频繁地与引力子碰撞，在引力作用下或多或少会发生微小的偏转，而光子离开单缝引力影响区域后的偏转角度是一定的，所以窄缝与屏幕的距离越大则中央亮纹越宽。二是缝宽越小则中央亮纹越宽。这是因为缝宽越小则缝的绝大部分区域引力合力就越强，光子经过窄缝时与引力子作用的就越频繁，因而其偏转角度也越大，从而在屏幕上形成更宽的条纹。其它亮纹的形成。因为中央亮纹两侧的亮纹是对称分布的，所以我们只需要集中精力讨论任意一半就可以了，这里我们讨论中央亮纹以下各亮纹的形成。很显然，中央亮纹以下第一亮纹是由经过单缝下半部分区域（3465区域）并且同时吸收了“最小吸收基数”个引力子的光子偏转投射在屏幕上形成的。假设经过窄缝的光子质量为100，而引力子的质量为0.0001，由于质量为100的光子只有同时吸收至少10000个引力子才可能形成新的、能够稳定存在的质量为101的新光子，并且由于新光子完全吸收了10000个引力子向下的冲量因而向下偏转的角度较大，这个新光子会投射在屏幕上中央亮纹以下第一条亮纹区域内。若干个经过3465区域并且吸收了10000个引力子光子偏转投射在屏幕上就形成第一条亮纹。同样，质量为100的光子还可能同时吸收20000个、30000个……n＊10000个引力子。光子吸收了20000个引力子则会投射在屏幕上形成第二条亮纹、吸收了30000个引力子则会形成第三条亮纹……屏幕上的第n条亮纹也是这样形成的。于是有：中央亮纹处的光子质量＜第一亮纹处的光子质量＜第二亮纹处的光子质量……＜第n亮纹处的光子质量，同一亮纹处的光子质量相同、不同亮纹处的光子质量不同，光子在屏幕上的不同位置是由光子质量决定的而不是几率决定的。也就是说，光子经过单缝后会在缝的引力作用下改变质量（能量或者频率）。有人立即指出光子经过单缝后会在缝的引力作用下改变质量（能量或者频率）是不可能的，纯属胡说八道，因为没有谁见过光经过单缝后会改变颜色（频率、能量），实际上引力红移现象已经证实光在引力作用下会改变能量，据此推理，光在单缝作用下改变质量（能量或者频率）在理论上完全行的通，只不过这个改变非常微小目前我们还没有发现罢了。因为在3465引力影响区域内从上到下引力合力迅速增大，理论上讲越靠近区域底部光子就越有可能吸收更多的引力子，所以经过窄缝底部区域的光子可能吸收的引力子数量是最多的，其可能吸收引力子的数目可能是10000个，也可能是20000个、30000个……甚至是N×10000个，这样经过3465引力影响区域的光子就有可能投射在屏幕上就形成第二条、第三条……甚至是第N条亮纹。衍射条纹亮度的变化规律。我们知道，窄缝从缝中心到缝底部的引力是迅速增强的，为了描述清楚我们画出了放大的单缝引力作用示意草图（图画得丑了点）。按照光子经过时同时最多吸收引力子数量的不同，我们可以把单缝3465区域分成了6个小区域（事实上该区域可以划出多个小区域，太多了在图上不好画），这6个区域从上到下引力迅速增强。从缝中心开始向下是第1区域，这个区域宽度最大（原因大家可以自己分析），从该区域经过的光子最多只可能同时吸收10000个引力子，故经过该区域的光子最多只能偏转以第一条亮纹所在位置，不可能偏转到第二条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹的形成作出贡献；同样的道理，随着缝引力的增强，第2区域的宽度小于第1区域，经过第2区域的光子最多只可能同时吸收20000个引力子，故经过该区域的光子可以偏转到第一条亮纹所在位置，最多只能偏转以第二条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹、第二条亮纹的形成作出贡献；第3区域的宽度小于第2区域，经过第3区域的光子最多只可能同时吸收30000个引力子，故经过该区域的光子可以偏转到第一条亮纹所在位置，也可以偏转到第二条亮纹所在位置，最多只能偏转以第三条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹、第二条亮纹、第三条亮纹的形成作出贡献；第4区域的宽度小于第3区域，经过第4区域的光子最多只可能同时吸收40000个引力子，故经过该区域的光子可以偏转到第一条亮纹所在位置，也可以偏转到第二条亮纹所在位置、还可以偏转到第三条亮纹所在位置，最多只能偏转以第四条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹、第二条亮纹、第三条亮纹、第四条亮纹的形成作出贡献；………………………由于经过单缝下半部分（3465区域）6个区域的光子都可能对第一条亮纹的形成作出贡献，但是对第二条亮纹、第三条亮纹……第n条亮纹作出贡献的区域逐渐减少，所以在衍射现象中，各条纹的亮度有这样的规律：中央亮纹的亮度>第一条亮纹的亮度>第二条亮纹的亮度>第三条亮纹的亮度>……>第n条亮纹的亮度。明白了以上道理，我们对于衍射现象的第三个特点（单缝越窄衍射条纹越向两边伸展，其亮度分布也越均匀，单缝越宽中央亮纹两侧的条纹亮度越小）也就更好理解了：单缝越窄，窄缝中心到窄缝下底部这一区域的引力就越强、引力子空间密度就越大，从缝中心向下极小位移处经过的光子就有更大可能吸收20000个、30000个甚至更多的引力子从而对第二条、第三条……甚至第N条亮纹的形成都做出贡献；单缝越宽，窄缝中心到窄缝下底部这一区域的引力就越弱、引力子空间密度就越小，从缝中心向下极小位移处经过的光子就更没有可能吸收20000个、30000个甚至更多的引力子从而更不可能对第二条、第三条……甚至第N条亮纹的形成做出贡献。不同颜色（质量）光的衍射条纹宽度不同。根据我们的假设，光子不能吸收1个引力子但却可以同时吸收若干个引力子，设光子A的质量为M1、光子B的质量为M2，假设它们都吸收了10000个引力子，这些引力子的质量为m，则这两种光子都获得了相同的向下的冲量，此时光子A的质量变为M1＋m，光子B的质量变为M2＋m，则这两种光子的偏移量之比为（M2+m）:（M1+m）。考虑到引力子的质量m远远小于光子的质量，则AB两种光子的偏移量之比可近似为M2:M1，即有衍射条纹的宽度与光子的质量成反比的结论，也就是说：衍射条纹的宽度近似与光子的质量（能量）成反比，质量越大的光子偏转量越小。在吸收了相同数目的引力子后，光子受到引力子向下的冲量也相同，在相同的冲量作用下，当然是质量（能量）大的光子偏转角度小、投入在屏幕上形成的亮纹宽度也小。当然了，这个结论成立的前提条件是光子的质量远远大于引力子的质量，并且光子的质量越大应用这一结论就越准确，而光子的质量越小这一结论就越不准确。这就是说，不同质量（能量）的两种光子的位移量近似与它们的质量成反比，质量越大的光子位移量越小，质量越小的光子位移量越大。这一点与实验事实完全符合，如红光的衍射条纹宽度大于紫光的衍射条纹宽度。衍射现象的产生与缝的宽度无关。根据以上的推理，我们可以得出这样的结论：只要光经过单缝就会发生衍射现象，衍射现象的发生与缝的宽度无关：缝很宽时发生直边衍射现象；缝较宽时由于光子偏转后仍然落在中央亮条纹位置，所以此时虽然产生了衍射现象但并不容易被我们观测到；当缝足够窄时将产生明显的单缝衍射现象。而产生明显单缝衍射现象的条件是缝宽小于光子的最小偏转量，因为如果缝宽大于光子的最小偏转量，则光子在引力作用下偏转后仍然将落在中央亮纹区域，此时屏幕上并不会产生中央亮纹以外的其他条纹。（五）光的粒子模型对双缝干涉现象的解释。1801年，英国物理学家托马斯·杨做了如下实验：把一支蜡烛（光源）放在一张开了一条窄缝的纸前面，这样就形成了一个点光源（相干光源），在纸后面再放一张纸，纸上开两道平行的窄缝。从窄缝中射出的光穿过两条窄缝投射到屏幕上，就会形成一系列明暗交替的条纹，托马斯·杨称之为干涉条纹，他认为这是通过两条窄缝的光子相互干涉形成的，后来人们把这个实验叫做杨氏双缝干涉实验。双缝干涉条纹的特点。光的双缝干涉条纹是一组平行等间距的明暗相间的直条纹。中央为零级明纹，各条纹左右对称、明暗相间、均匀排列，中间部分各条纹的亮度是基本相同的；如果用白光作实验,则除了中央亮纹仍是白色的外,其余各级条纹形成从中央向外由紫到红排列的彩色条纹；对于同一条双缝，入射光波长越长屏幕上形成的条纹就越宽。双缝干涉条纹的变化规律1. 双缝间距d改变：当双缝间距d增大时，零级明纹中心位置不变，条纹变密；当双缝间距d减小时，零级明纹中心位置不变，条纹变稀疏。2. 双缝与屏幕间距D改变：当双缝与屏幕间距D减小时，条纹宽度减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密；当D 增大时，条纹宽度增大，条纹变稀疏。3. 光源S位置变化：S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移，条纹间距不变；S上移时，零级明纹下移，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。 4.入射光波长改变：入射光波长增大时条纹宽度增大，条纹变疏；入射光波长减小时，条纹宽度减小，条纹变密。光的微粒模型认为光的干涉衍射现象是光在引力作用下的结果，一般情况下我们并不会考虑制成单缝物体的材质，不论我们用纸片还是铁片或者是玻璃片，只要我们在材质上划出一条缝，就会形成明暗相间的衍射条纹。下上图是在一个不透明塑料片上划出的一条缝，当我们用激光照射这条缝，就会在屏幕上形成明暗相间的衍射条纹，通常情况下屏幕上形成的衍射条纹的明亮分布与缝的宽度有关。制成单缝材料的材质不同对衍射现象的影响。有人指出，既然衍射现象是光在引力作用下发生偏转形成的，那么显然制成缝的材质不同会在一定程度上影响光子的运动、进而影响形成的衍射条纹。比如，对于用纸片和铁片制成的同样宽度（比如这个宽度是0.1毫米）的单缝来讲，因为铁的密度大于纸的密度，所以在相同的缝宽下铁片制成的单缝其引力作用要强于纸片制成的单缝，那么同样的缝宽下两者形成的衍射条纹也应该不同：因为铁片的密度大引力更强，所以在相同缝宽的情况下光通过铁片制成的单缝后形成的亮条纹应该更宽；由于纸片密度较小引力作用也相对较小，所以在相同缝宽的情况下光通过纸片制成的单缝后形成的亮条纹应该更窄。如上图所示，我们用同样形成的纸片和铁片分别制成相同宽度的单缝，用激光分别照射在这两条单缝上都会在屏幕上形成衍射条纹。因为制成单缝的材质不同，纸片的密度相对较小而铁片的密度相对较大，如果认为光的单缝衍射现象是由引力作用引起的，则铁片制成单缝的绝大部分区域引力合力作用大于纸片制成单缝的引力合力作用，这样在更强的引力作用下光子的偏转程度也应该更大，光子通过铁片制成的单缝后就会在屏幕上形成更宽的亮条纹，由此光的衍射现象不仅仅与缝的宽度有关还与制成缝材料的密度有关：制成缝材料密度越大衍射现象越明显、制成缝材料密度越小衍射现象越不明显。但事实并非如此。根据直边衍射现象的形成原因，我们知道物体（不透明物体）的引力作用会对其周围一定范围内经过的光子产生影响，而任一物体引力作用都有一个影响范围，一般我们认为物体引力的影响范围在厘米的数量级上。对上图中纸片制成的单缝而言，纸片虽然很薄、密度较小，但是它的引力同样有一定的影响范围，我们可以用两根竖直的红线标出对纸片单缝有影响作用的区域；同样，对图中铁片制成的单缝而言，铁片虽然密度较在，但是它的引力同样有一定的影响范围，我们可以用两根竖直的红线标出对铁片单缝有影响作用的区域。从图中可见，纸片虽然密度较小，但是在密度较小的纸片中任一点的引力作用影响范围更大，在竖直的红线到单缝边缘区域内纸片引力叠加在单缝处并对由此经过的光子产生影响；铁片虽然密度较大，但是在密度较大的铁片中任一点的引力作用影响范围较小，在竖直的红线到单缝边缘区域内铁片引力叠加在单缝处并对由此经过的光子产生影响。总起来讲，用纸片和铁片制成的同样宽度的单缝形成的衍射条纹几乎是一样的。双缝中的两条缝会相互影响。如图，在一张不透明的塑料片上划出一条缝就形成了单缝，我们在离单缝很近的地方（小于1毫米）再划出一条缝，就形成了双缝，光经过双缝后就会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。双缝中的两条缝靠得越近则屏幕上形成的干涉条纹就越宽；两条缝离得越远则屏幕上形成的干涉条纹就越窄；当两条缝离得足够远时（如大于5厘米）它们将分别形成中间宽、两边窄的衍射条纹。这个实验充分表明两条缝的引力可以叠加、会相互影响。上图中，当两条缝的距离足够近时，光子经过双缝时就会形成明暗相间的干涉条纹。同样，我们可以在双缝的基础上再划出一条缝形成3缝、4缝、5缝、6缝、7缝……n缝，划出的缝越多则形成的条纹越细越明亮。如上图所示，从左缝左边缘到制成缝的材料的左边缘的物质引力叠加在一起，其影响区域为图中引力影响区域A标示的部分（即从左缝左边缘到右边黄色竖直线位置部分）；从右缝右边缘到制成缝的材料的右边缘的物质引力叠加在一起，其影响区域为图中引力影响区域B标示的部分（即从右缝右边缘到左边黄色竖直线位置部分）。也就是说，左缝正处于组成右缝右边物质的引力影响区域内，同样，右缝正处于组成左缝左边物质的引力影响区域内，两条缝的引力影响区域相互重叠造成了光通过双缝后形成干涉现象。如上图上半部分所示，当两条缝距离足够近时它们的引力影响区域互相重叠，此时两条缝会相互影响光通过后会形成干涉条纹。图中下半部分两条缝的距离足够远，左缝位于右缝引力影响区域以外、右缝位于左缝引力影响区域以外，此时的两条缝可以看作是独立存在的两条单缝，光通过每一条缝后都将在屏幕上形成单缝衍射条纹。通过反复调整两条缝之间的距离，两条缝之间的距离从小于1毫米逐渐增大时，当屏幕上形成的图案从宽度几乎相等的干涉条纹到恰好出现两条较宽的衍射条纹时，我们认为此时两条缝相互之间不再影响，我们把这个距离的一半称为单缝引力作用的影响距离。如上图所示，我们把两条缝的引力影响区域刚好重叠的区域（图中引力影响区域A或引力影响区域B）的宽度称之为某种材料形成的单缝的引力影响区域。那么怎样判断两条缝的引力影响区域恰好重叠呢？上面我们讲过，当两条缝足够近时（两条缝之间的距离小于1毫米），光经过两条缝会在屏幕上形成干涉条纹（宽度几乎相等的明条纹），当两条缝的距离逐渐变远时，某一时刻屏幕上恰好出现两条较宽的明条纹、其他明条纹的宽度约为较宽明条纹宽度的一半时，两条缝距离的一半正好是每条缝的引力影响区域。干涉条纹形成的原因。从光源发出的光经过单缝后投射到双缝上最终会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹，直接用激光束照射双缝也会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。设两条缝间距为d，双缝到屏幕的距离为D，屏幕中心位置为O，则在O点处会出现中央明条纹。为了更清楚地研究双缝对光的影响，我们把双缝放大，图中左侧从上到下构成双缝的分别是物质实体A、上缝（1265区域）、双缝中间物质实体O、下缝（abfe区域）和物质实体B，简单来说就是3个物质实体夹着两条窄缝并形成两个可透光的引力场。一般情况下我们认为物质实体A、双缝中间物质实体O和物质实体B都是不透光的，光子不能通过物质实体A、中间物质实体O和物质实体B，光子只能通过双缝中的上缝1265区域和下缝abfe区域投射在屏幕上。如图，对于上缝所在1265区域来说，如果没有下缝物质实体B的影响，则上缝1265区域可平均分成合力向上的部分（1243区域）和合力向下的部分（3465区域），这两个区域大小一致，中间34线处引力合力为零。有了物质实体B的影响情况就不同了，因为上缝（1265区域）在物质实体B的引力影响区域内，所以物质实体B的存在相当于增大了中间物质实体O的引力场，并且物质实体B越靠近上缝对中间物质实体O引力的加成作用越大。既然中间物质实体O的引力增大，那么上缝1265区域中引力合力向下的部分必然增大（也就是3465区域相应增大），引力合力为零的34中线必然就要相应地向上移动，引力合力向上的区域（1243区域）必然减小。显然，物质实体B越靠近上缝，上缝引力合力为零的34中线就向上移动的越多，导致上缝引力合力向下的3465区域就越大、引力合力向上部分1243区域就越小。两缝距离越近这个影响就越大，两缝距离越远这个影响就越小。如果两缝相距足够远，那么每一条缝都可以看作单缝，此时激光束照射在这两条缝上将产生衍射条纹。对于下缝abfe区域同样如此，因为下缝在物质实体A的引力影响区域内，由于上缝处物质实体A的影响，下缝区域引力合力向上的部分（abdc区域）增大、引力合力向下的部分（cdfe区域）减小，并且两缝距离越近影响就越大。双缝距离越近则下缝区域引力合力向上的部分就越大，投射在屏幕上的条纹宽度也相应增大; 双缝距离越远则下缝区域引力合力向上的部分就越小，投射在屏幕上的条纹宽度也相应减小。所以双缝间距减小时干涉条纹间距变大、双缝间距增大时干涉条纹间距变小。如图，对于上缝来说其引力可分为向上部分（1243区域）和向下部分（3465区域），其中引力向下部分（3465区域）对中央亮纹、中央亮纹以下的第一条亮纹和中央亮纹以下的第二条亮纹的形成做出了贡献（也有可能对中央亮纹以下的第三条、第四条或者更多亮纹做出贡献）；引力向上部分（1243区域）仅对中央亮纹以上的第三条亮纹的形成做出了贡献（也有可能对中央亮纹以上的第四条、第五条或者更多亮纹做出贡献）。同样，对于下缝来说其引力也可分为向上部分（abdc区域）和向下部分（cdfe区域），其中引力向上部分（abdc区域）对中央亮纹、中央亮纹以上的第一条亮纹和中央亮纹以上的第二条亮纹的形成做出了贡献；引力向下部分（cdfe区域）仅对中央亮纹以下的第三条亮纹的形成做出了贡献。双缝干涉条纹中间有奇数个条纹较宽。双缝干涉条纹还有一个特点需要我们注意，因为构成双缝的物质实体对缝的引力场有叠加作用，造成上下缝的引力场向上和向下的部分不同，总是靠近中间物质物体O的引力区域变大。对于上缝来说，就是引力合力向下的3465区域大于引力合力向上的1243区域；对于下缝来说，就是引力合力向上的abdc区域大于引力合力向上的cdfe区域。既然引力叠加作用造成了每条缝的合力向上部分和合力向下部分并不是平均的，由此造成的干涉条纹宽度也是不同的。对于上缝来说，经过3465区域的光形成的亮纹宽度要大于经过1243区域的光形成的亮纹宽度；对于下缝来说，经过abdc区域的光形成的亮纹宽度要大于经过cdfe区域的光形成的亮纹宽度。由于各条纹在中央亮纹两侧是对称分布的，上缝处产生一条亮纹下缝处同样会产生一条亮纹，上下缝的亮纹条数之和为偶数，再加上中央亮纹，所以一共有奇数条亮纹宽度是比较宽的，而离开中央亮纹一定距离的第n条亮纹宽度会迅速减小。简单来说就是双缝干涉条纹中，总有奇数条条纹宽度较宽，而在较宽条纹以外离中央亮条纹较远处的亮纹宽度会迅速减小。两条缝之间的距离越近形成的条纹越宽。因为上缝（1265区域）在物质实体B的引力影响区域内，并且引力作用遵循平方反比规律，所以两条缝之间的距离越近物质实体B对上缝的引力叠加作用越强，此时上缝引力合力为零的中心线位置就要向上移动，同时经过上缝3465区域的光子就可能与更多的引力子发生碰撞，因此从上缝3465区域经过的光子就会发生更大的偏转，从而在屏幕上形成更宽的亮条纹。电子双缝干涉实验产生的原因。我们知道，原子核可以吸收一个或者几个中子发生“裂变”、两个原子核也可以在一定条件下发生“聚变”并放出巨大的能量，电子也可以“裂变”放出光子同时放出一定的能量，电子“裂变”放出的能量比原子核“裂变”放出的能量小若干个数量级，但依然能够被我们直接观测到，通常情况下大量电子“裂变”放出光子的重要标识就是会发光发热。由于引力子质量非常小，电子“裂变”放出引力子的过程伴随的能量释放极其微小也极不明显，目前我们还无法直接观测到。但是电子运动状态的改变却可以由屏幕上形成的条纹来间接证实，如果电子在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹则说明电子经过双缝后没有“裂变”放出引力子，如果电子在屏幕上形成两条亮条纹则说明电子受到了干扰发生“裂变”放出引力子并改变了运动轨迹。我们知道，原子核可以吸收一个或者几个中子发生“裂变”、两个原子核也可以在一定条件下发生“聚变”并放出巨大的能量，电子也可以“裂变”放出光子同时放出一定的能量，电子“裂变”放出的能量比原子核“裂变”放出的能量小若干个数量级，但依然能够被我们直接观测到，通常情况下大量电子“裂变”放出光子的重要标识就是会发光发热。由于引力子质量非常小，电子“裂变”放出引力子的过程伴随的能量释放极其微小也极不明显，目前我们还无法直接观测到。但是电子运动状态的改变却可以由屏幕上形成的条纹来间接证实，如果电子在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹则说明电子经过双缝后没有“裂变”放出引力子，如果电子在屏幕上形成两条亮条纹则说明电子受到了干扰发生“裂变”放出引力子并改变了运动轨迹。发布于 2020-09-15 09:24波粒二象性物理学光学​赞同 83​​33 条评论​分享​喜欢​收藏​申请转载​文章被以下专栏收录物理前沿探索粒子模型对干涉衍射电子双缝干涉现象

双缝实验_百度百科

_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心双缝实验播报讨论上传视频物理学实验收藏查看我的收藏0有用+10本词条由《中国科技信息》杂志社 参与编辑并审核，经科普中国·科学百科认证 。在量子力学里，双缝实验（double-slit experiment）是一种演示光子或电子等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。中文名双缝实验外文名Young's Double-Slit Interference Experiment别    名杨氏双缝干涉实验提出者Thomas Young提出时间1807年应用学科物理光学目录1绪论2光学表述3双缝实验变版4对实验的诠释▪哥本哈根诠释▪路径积分表述绪论播报编辑假若光束是由经典粒子组成，将光束照射于一条狭缝，通过狭缝后，冲击于探测屏，则在探射屏应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样。可是，假设实际进行这单缝实验，探测屏会显示出衍射图样，光束会被展开，狭缝越狭窄，则展开角度越大。在探测屏会显示出，在中央区域有一块比较明亮的光带，旁边衬托著两块比较暗淡的光带。托马斯·杨的干涉实验记录 [4]类似地，假若光束是由经典粒子组成，将光束照射于两条相互平行的狭缝，则在探射屏应该会观察到两个单缝图样的总和。但实际并不是这样，在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。19世纪初，托马斯·杨(ThomasYoung，1773～1829) [5]发表了一篇论文，《物理光学的相关实验与计算》（Experiments and Calculations Relative to Physical Optics），详细阐述这些实验结果。由于亮度分布可以用波的相长干涉与相消干涉这两种干涉机制来解释，意味着光是一种振动波，这促使光波动说被广泛接受，也导致17、18世纪的主流理论——光微粒说——渐趋式微。但是后来20世纪初对于光电效应的理论突破演示出，在不同状况，光的物理行为可以解释为光是由粒子组成。这些貌似相互矛盾的发现，使得物理学家必须想办法超越经典力学，更仔细地将光的量子性质纳入考量。 [1]托马斯·杨双缝干涉实验对波动光学的建立作出了伟大贡献，而其应用于电子干涉实验的成功则有力地证实了实物粒子的波粒二象性，揭示了微观世界的量子本性，开创了量子理论的新纪元 [5]使用双缝实验与各种不同衍生的变版来检试单独粒子的物理行为，这方法已成为经典的思想实验，因为它能够清楚地探讨量子力学的核心谜题，它演示出对于实验结果的理论预测能力所不可避免的基础极限。 [2]例如，稍微改变双缝实验的设计，在狭缝后面装置探测器，专门探测光子通过的是哪一条狭缝，则干涉图样会完全消失，不再能观察到干涉图样；替代显示出的是两个单缝图样的简单总和。这种反直觉而又容易制成的结果，使得物理学者感到非常困惑不解。帢斯拉夫·布鲁克纳（Časlav Brukner）与安东·蔡林格精简地表示如下： [3]观察者可以决定是否装置探测器于光子的路径。从决定是否探测双缝实验的路径，他可以决定哪种性质成为物理实在。假若他选择不装置探测器，则干涉图样会成为物理实在；假若他选择装置探测器，则路径信息会成为物理实在。然而，更重要地，对于成为物理实在的世界里的任何特定元素，观察者不具有任何影响。具体而言，虽然他能够选择探测路径信息，他并无法改变光子通过的狭缝是左狭缝还是右狭缝，他只能从实验数据得知这结果。类似地，虽然他可以选择观察干涉图样，他并无法操控粒子会冲击到探测屏的哪个位置。两种结果都是完全随机的。尚未特别加以处理的光束是由很多光子组成的，为了要进一步了解双缝实验的物理行为，物理学者好奇地问，假设光子是一个一个的通过狭缝，那么，会出现什么物理状况？1909年，为了解答这问题，杰弗里·泰勒爵士设计并且完成了一个很精致的双缝实验。这实验将入射光束的强度大大降低，在任何时间间隔内，平均最多只有一个光子被发射出来。经过很久时间，累积许多光子于摄影胶片后，他发现，仍旧会出现类似的干涉图样。很清楚地，这意味着，虽然每次只有一个光子通过狭缝，这光子可以同时通过两条狭缝，自己与自己互相干涉。类似地，电子、中子、原子、甚至分子，都可以表现出这种奇异的量子行为。1961年，蒂宾根大学的克劳斯·约恩松（Claus Jönsson）创先地用双缝实验来检试电子的物理行为，他发现电子也会发生干涉现象。1974年，皮尔·梅利（Pier Merli） ，在米兰大学的物理实验室里，成功地将电子一粒一粒的发射出来。在探测屏上，他也明确地观察到干涉现象。2002年9月，约恩松的双缝实验，被《Physics World》杂志的读者，选为最美丽的物理实验。光学表述播报编辑克里斯蒂安·惠更斯提出惠更斯原理表明，波前的每一点可以认为是产生球面次波的点波源，而以后任何时刻的波前则可看作是这些次波的包络，这是光波传播的基本原理，可以预测光波在介质中的传播。从光源释出一连串的光波，就好似浮在水面上的浮标，被重复地拉起来，放下去，制成了水波在水面传播。惠更斯想出一种预测波前位置的方法，如右图所示，绘制一组圆心包含于一个波前的同半径圆圈，它们的切线，经过连接与平滑后，形成一条连续的曲线，这就是预测的波前位置。依照这方法，可以展示出一个平面波波前或一个圆形波波前怎样持续延伸。将惠更斯原理加以数学论述，奥古斯丁·菲涅耳证明了光波动说与光在介质内以直线传播的射线行为相符合，不存在任何矛盾之处。菲涅耳又对于衍射与干涉现象，给出一个合理、完整的解释。图1.双缝实验如右图所示 ，在任何时刻，用一个波前来代表那时刻所有从光源a传播出来的光波。通过两条狭缝后，波前衍散出来，在探测屏形成的干涉图样中，任何两个位置的距离，会随着不透明板与探测屏的距离D而变；假若D增加，则也增加；减小两条狭缝b、c之间的距离B，会增加条纹之间的距离；增加光波的波长，也会增加条纹之间的距离；狭缝的缝宽的尺寸必须适当，否则，单缝干涉效应会变得很显著，因此盖压过双缝实验效应；反过来说，假若狭缝太宽（例如，一座墙上的两扇普通窗子），则光波会直接投射过去，就观察不到干涉现象了。在探测屏上观察到的明亮条纹，是由光波的相长干涉造成的，当一个波峰遇到另外一个波峰时，会产生相长干涉；暗淡的条纹是由光波的相消干涉造成的，当一个波峰遇到另外一个波谷时，会产生相消干涉。用方程表达，当以下关系成立时，会发生相长干涉：其中，n是最大辐照度值（波峰遇到波峰，最大相长干涉的光波辐照度）的次序数（位于中央的最大强度值的次序数是n=1 ），x是条纹与中央之间的距离（称为条纹距离）。这方程只是一个近似。方程的成立依赖某些先决条件的成立。应用这方程于实验仪器，B和D是实验参数，x可以由实验测量得知，有了这几个数值，就可以计算应该使用哪种波长的光波来制成双缝干涉。双缝实验变版播报编辑单独粒子的干涉现象随着科技的快速进步，已发展出来能够可靠地发射单独电子的物理仪器。使用这种单独电子发射器来进行双缝实验，可以使得在任意时间最多只有一个电子存在于发射器与探测屏之间，因此，每一次最多只有一个电子通过双狭缝，而不是一大群电子在很短时间间隔内挤着要通过双狭缝。值得注意的是，探测屏累积很多次电子冲击事件之后，会显示出熟悉的干涉图样。从这图样可以推论，单独电子似乎可以同时刻通过两条狭缝，并且自己与自己干涉。这解释并不符合平常观察到的离散物体的物理行为，人们从未亲眼目睹老虎在同时刻穿越过两个并排的火圈，这并不是很容易从直觉就能够赞同的结果。可是，从原子到更复杂的分子，包括巴基球，这些微观粒子都会产生类似现象。不论是电子、中子或是任何其它量子尺寸的粒子，在双缝实验里，粒子抵达探测屏的位置的概率分布具有高度的决定性。量子力学可以精确地预测粒子抵达探测屏任意位置的概率密度，可是，量子力学无法预测，在什么时刻，在探测屏的什么位置，会有一个粒子抵达。这无可争议的结果，是经过多次重复地实验而得到的。这结果给予了科学家极大的困惑，因为无法预测粒子的抵达位置，这意味着没有任何缘由而发生的粒子的抵达事件。很多物理学者非常不愿意接受这种事实。尽管量子力学可以正确地预测实验结果，量子力学不能解释为什么会发生这类现象，为什么粒子似乎可以同时通过两条狭缝？阿尔伯特·爱因斯坦认为，从这里可以推论量子力学并不完备，一个完备的理论必须对这些难题给出满意解释。尼尔斯·玻尔反驳，这正好显示出量子力学的优点，量子力学不会用不恰当的经典概念来解释这种量子现象，如果必要，量子力学可以寻找与应用新的概念来解释这些难题。探测路径信息试想一个思想实验，假设装置探测器来观察光子到底是从那一条狭缝经过，因此能够获得路径信息（不论是否真正读取这路径信息），则干涉图样会消失。这种路径实验演示出粒子性与波动性的互补原理，光子可以表现出粒子性，也可以表现出波动性，但不能同时表现出粒子性与波动性。虽然这思想实验对于量子力学的基础理论极为重要，直到20世纪70年代，没有出现任何可能的技术体现这思想实验的提议。实际而言，这类实验也无法简单地设置，因为旧式探测器会将光子吸收。但现今，已完成多个实验展示关于互补性的各各方面，例如量子擦除实验。于1987年完成的一个实验发现了一个惊人的结果，假若只获得部分路径信息，则干涉图样不会完全消失。这实验显示，假若测量的动作不过度搅扰粒子的运动，则干涉图样也只会对应地被改变。在恩格勒-格林柏格对偶关系式，有对于这方面量子行为的详细数学论述。量子擦除实验量子擦除实验与延迟选择实验是双缝实验更为进阶的变版，能够演示更多量子力学的特色。量子擦除实验演示，借着擦除路径信息，可以恢复波动行为所产生的干涉图样。这实验有三个步骤：1.照射粒子束于刻有两条狭缝的不透明板，然后确认在探测屏出现了干涉图样。2.观察粒子通过的是哪条狭缝，在观察时，必须小心翼翼地不过度搅扰光子的运动，然后，证实显示于探测屏的干涉图样已被消毁。这步骤演示出，干涉图样是因为有可能获得路径信息而被消毁。3.通过特别程序，可以将路径信息擦除，但也可重新得到干涉图样。延迟选择实验演示，在粒子抵达探测屏之后，可以借着擦除或标记路径信息，恢复或摧毁干涉图样。这种时间差距关系，理论上甚至可以拉长至非常长久。假若标记路径信息，则粒子只通过了一条路径；假若擦除路径信息，则粒子同时通过了两条路径。这意味着，观察者的行为可以决定过去发生的事，而这一结论是与传统实在观相违背的。其它种变版 [1]1967年，傅立诰（R. Pfleegor）与曼德尔（L. Mandel）完成实验演示，使用两个激光源，可以产生“双源干涉”，假若探测器获得光子是从哪个激光器发射出来的路径信息，则在探测屏不会显示出干涉图样；假若不存在路径信息，则在探测屏会显示出干涉图样。这意味着当探测屏显示出干涉图样时，无法得知光子的发射源是哪个激光器。1972年，理查德·西利托与凯瑟琳·威克斯（Catherine Wykes）将双缝实验做修改，在任何时间，只有一条狭缝是开放的，另外一条狭缝是关闭的。参予干涉作用的光子的平均密度超小于1，在任何时间，光子只能经过两条狭缝中的一条狭缝。虽然如此，假若路径程差允许抵达探测屏的光子可以来自任意一条狭缝，干涉图样仍旧能被观察到。近几年来的科学研究，更进一步地发现了，干涉现象并不只限制于像质子、中子、电子等等基本粒子。用双缝实验检试大分子构造，像富勒烯，也能够产生类似的干涉图样。2012年，内布拉斯加大学林肯分校的物理系研究团队实现了理查·费曼所描述的双缝思想实验。该实验使用最新仪器，可以随意控制每一条真正狭缝的关闭与开放。该实验检试电子在以下三种状况所出现的物理行为：第一条狭缝开放与第二条狭缝关闭、第一条狭缝关闭与第二条狭缝开放、两条狭缝都开放。实验结果符合量子力学的量子叠加原理，演示出电子的波动性。该实验还实际探测到电子一个一个的抵达探测屏，演示出电子的粒子性。对实验的诠释播报编辑哥本哈根诠释哥本哈根诠释为许多先驱量子力学学者的共识。哥本哈根诠释明确地阐明，数学公式和精确实验给出很多关于原子尺寸的知识，任何大胆假设都不应该超越这些知识范围。概率波是一种能够预测某些实验结果的数学构造。它的数学形式类似物理波动的描述。概率波的概率幅，取其绝对值平方，则可得到可观测的微观物理现象发生的概率。应用概率波的概念于双缝实验，物理学家可以计算出微观物体抵达探测屏任意位置的概率。除了光子的发射时间与抵达探测屏时间以外，在这两个时间之间任何其它时间，光子的位置都无法被确定；为了要确定光子的位置，必须以某种方式探测它；可是，一旦探测到光子的位置，光子的量子态也会被改变，干涉图样也因此会被影响；所以，在发射时间与抵达探测屏时间之间，光子的位置完全不能被确定。一个光子，从被太阳发射出来的时间，到抵达观察者的视网膜，引起视网膜的反应的时间，在这两个时间之间，观察者完全不知道，发生了什么关于光子的事。或许这论点并不会很令人惊讶；可是，从双缝实验可以推论出一个很值得注意的结果；假若用探测器来探测光子会经过两条狭缝中的那一条狭缝，则原本的干涉图样会消失不见；假若又将这探测器所测得路径信息摧毁，则干涉图样又会重现于探测屏，这引人思维的现象将双缝实验的程序与结果奥妙地连结在一起。路径积分表述路径积分表述是理查·费曼提出的一个理论（费曼强调这个表述只是一种数学描述，而并不是尝试描述某些无法观察到的真实程序）。路径积分表述不采用粒子的单独唯一运动轨道这种经典概念，取而代之的是所有可能轨道的总和。使用泛函积分，可以计算出所有可能轨道的总和。路径积分表述阐明，假设一个光子要从发射点a移动至探测屏的位置点d，它会试着选择经过所有的可能路径，包括选择同时经过两条狭缝的路径；可是，假若用探测器，来观察光子会经过两条狭缝中的那一条狭缝，整个实验设置立刻有所改变；假设探测器的位置为点e，而探测器观察到光子，则新的路径是从点e到点d；这样，在点e与点d之间，只有空旷的空间，并没有两条狭缝，所以不会出现干涉图样。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000

双缝干涉实验恐怖吗？恐怖在哪？ - 知乎

双缝干涉实验恐怖吗？恐怖在哪？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册物理学量子量子物理双缝干涉实验科学双缝干涉实验恐怖吗？恐怖在哪？本人是文科生，对该实验涉及的科学知识基本上一窍不通，所以请答主的回答尽量通俗易懂些。 电子的双缝和光的双缝干涉可以分开说。显示全部 ​关注者47,888被浏览40,350,903关注问题​写回答​邀请回答​好问题 1965​182 条评论​分享​2,096 个回答默认排序周巍青珞珈山钉子户​ 关注开门见山的说，双缝干涉实验不恐怖，但是难以理解。即使对于物理专业的学生来说，一开始接触到量子力学的双缝干涉实验时，也会嗅到有一丝玄学的味道。因为测量和叠加态这两个在量子力学中的玄学概念在双缝干涉实验中的完美展示，双缝干涉实验开始进入大众的视野。我在本科最后一年学习高等量子力学的时候，授课的教授说过一句我当时看来很武断，现在觉得有一番道理的话“如果你完全理解了双缝干涉实验，你才算有点理解了量子力学。”今年我去过华科给某电气相关国企的员工做过一次有关量子力学的科普性讲座，也是以双缝干涉实验为出发点，并且借他山之石说了和当年老师一样的话。其实双缝干涉实验的历史悠久，这个故事始于光的“波动说”的一次阶段性胜利。光是波还是粒子，一直都是物理学争论的核心议题。整个18世纪，在超级学霸牛顿的压制下，波动说一直暗无天日。转折出现在19世纪的开头，英国物理学家托马斯杨就观测到将光束照射于两条相互平行的狭缝，在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。要知道干涉衍射是波所独有性质，而这显然的结果，使得波动说获得了空前的鼓舞。理解经典的杨氏干涉其实很简单，就是从两个缝射出的波，其振幅和相位在空间上的分布不同，相位相同的区域振幅相加呈现亮条纹，相位差pi的区域振幅相减呈现暗条纹。所以说经典的杨氏干涉实验不恐怖，它是波动说的决定性证据！Fig. 1 经典双缝干涉示意 （From Wiki）Fig. 2 本科实操的双缝干涉实验真正让人难以理解的是量子力学中的双缝干涉实验。这里我们做三个思想实验（Fig.3）来一步步理解：（注意这里是思想实验，为了方便和经典比对，继续使用了光子，其实如果考虑实际操作的话用电子来描述更为严谨，原因在回答末尾更新4中）Fig. 3 光子干涉实验示意图我们用一个光源连续的放出光子，把两个狭缝（b, c）都打开，那么在屏幕上会得到什么样的结果？答：会得到和杨氏双缝一样的结果，在屏幕呈现一列列明暗相间的干涉条纹。2. 我们这时光源每次只放出一个光子，把两个狭缝（b, c）都打开，那么在屏幕上会得到什么样的结果？答：这时，我们自然而然的会想到每次只有一个光子 \rightarrow 那个光子不是从b狭缝通过，就是从c狭缝通过 \rightarrow 那么在同一个时刻两狭缝不能都有光子 \rightarrow 就不可能出现两狭缝的干涉 \rightarrow 就不会出现实验1中的干涉条纹。这个逻辑在之前的解释中确实是没有问题的，但是这个实验有人做了，结果却让人大跌眼镜：虽然每次只发射一个光子，但是经过一段时间的积累，还是出现了干涉条纹。这太让人费解了，明明两个狭缝只有一个狭缝有光子，那这个光子是和谁在进行干涉呢？难不成是和它自己的干涉吗？答案是：没错！这个光子是在和自己进行干涉！这里我就要引出本回答中第一个要强调的概念：叠加态。大家都熟悉薛定谔的猫，讲的其实就是叠加态的一种极端情况。猫处于死的或者活的的叠加态中，只有测量（看一眼）才能使这个叠加态坍缩。在这里，光子处于既从b狭缝通过，也从c狭缝通过的叠加态中，只有你不在狭缝处进行测量（记住这是个伏笔），你就不能确定那么到达屏幕处的光子是从哪个狭缝中过来的。那么包含多个路径的量子叠加态就会发生自我干涉，从而出现干涉条纹。没错，就是这么奇妙，我 干 涉 我 自 己。3. 我们这时光源每次只放出一个光子，把两个狭缝（b, c）都打开，但是在狭缝处放置光电探测器，就是说我能观测每个光子从哪个狭缝走，那么在屏幕上会得到什么样的结果？答：大家看到这里可能会问？实验3 和 实验2 有什么区别，唯一的区别的就是探测器，也就是说区别我看了一眼。俗话说的好，看一眼又不会怎么样。那么这时的实验结果是什么呢？答案是：干涉图样消失了！变成了两道简单的光束。我一开始学习的时候，学到这里简直是可以用 头皮发麻 四个字形容，什么？ 我看一眼，你就不是你了？这里我要引出本回答中第二个要强调的概念：测量。测量对于量子力学的意义就是---测量会引发叠加态的坍缩。之前的讨论中，我们说实验2的光子处于既从b狭缝通过，也从c狭缝通过的叠加态中，而实验3中的光子因为被在狭缝处被测量了，所以这个包含两个路径的叠加态一定会坍缩成只包含一个路径的单态，那这时这种基于叠加态的干涉就完全地被测量这一行为破坏掉了！解释到这里，经典和量子的双缝干涉实验基本就解释完了。总结一个，大家对于这个实验感到“恐怖”是来源于其实验现象的反直观：光子一个个地打，也能出现干涉。看一眼光子通过哪个狭缝，干涉却消失。我们在这个回答里解释了这些反直观的实验现象来自量子力学中两个重要概念，分别是叠加态和测量所导致的坍缩。-------------------------------------------------------------------------------------------这里是作者根据评论区的反馈和讨论回答了一些大家关心的问题请所有对刚才这个光子双缝干涉的思想实验有如下疑问的移步下面的更新区：单光子的定义是什么？ - 更新1 & 更新4双缝干涉实验有在实验层面实现的吗？ - 答：电子的双缝干涉是做出来的了，而且实验结果与我思想实验中光子一致。可以用完全一样的方式理解。详见 更新1 & 更新4既然电子实验做出来了，而光子无论是从定义还是实操都难，为什么答主还要使用光子来解释？ - 答：因为答主担心在杨氏双缝之后，直接进入电子的讨论会使得不了解电子波动性的读者产生阅读上的障碍，顾设置此思想实验帮助大家理解，在本回答中，答主将光子和电子一样作为波函数来理解，有不严谨之处，目前量子光学主流上是用场量子化来给出光子数学上的严格定义。 详见 更新1&4测量为什么会导致坍缩呀？- 更新3.1单光子用光电测量不就被吸收了吗 ？那还能干涉呀？ - 更新4测不准原理是不是因为仪器的精度受限或者是被干扰了？- 更新3.2一次只有一个光子，为什么还有产生干涉条纹呀？- 更新2总有人说有人做过双缝干涉以及其后一系列的实验（延迟擦除等），但是从来没有人告诉我实验到底是怎么做的？真的有人做过吗？在哪做的？有论文吗？你们是不是编造出这么一个实验来欺骗大众呀？-更新5---------------------------------------------------------------------------------------我一开始学物理学到这里是有一些迷茫的，有种我们看到的世界原来是被测量影响了的世界，看山不是山，看水不是水的感觉。用比较中二的话说就是“从我睁开眼的那一刻，这个世界就因为我睁眼而改变了”。其实这么想是很容易进入不可知论的怪圈的。后来经过几年的沉淀和学习，量子力学是目前最为精确的学科，几乎没有任何实验现象与之违背。我觉得自己不应该为一条“看不见的喷火龙”而苦恼，做一些有意义有趣的研究去影响身边现实可感的世界。这样就看山又是山，看水又是水了。目前来看，量子力学还是算一个唯象理论，就是说需要用一些不需要解释的公理作为支撑。目前的量子力学一般而言，就是先给出五大公理+测量公理。更进一步的，如果去解释这些公理背后的物理图像，是很困难的。就测量而言，量子力学几乎所有算符都是幺正的，而测量却是非幺正的。这种错位就很难把测量装进现有理论中。-----------------------------------------------------------------------------------更新1： 评论中有人对于单光子的具体细节和定义感兴趣，这里增加一点这方面的讨论：单光子光源可以用原子尺度下的局域缺陷实现。至于单个光子的定义，这是一个很好的问题。与其说，在同一时间只射出一个光子，不如说是在光电探测器的极限内，只发射一个光子。也就是说前后两个光子到达探测器的间隔大于现在光电探测器的精度极限。如果这个极限是1纳秒，而你可以做到每10纳米才发射一个光子，那这个光子对于这个探测器来说就是“单光子”；但是如果一个探测器的极限是100纳秒，那这100纳秒间隔内，会有10个光子打过来，那这个光子对于这个探测器就不是“单光子”。所以你看到了，其实最为前沿的物理其实就是在物理仪器的精度极限上跳舞。另外理论上，单光子在非相对论的量子力学框架下是很难在数学上严格定义的，在本回答中，答主将光子和电子一样作为波函数来理解，有不严谨之处，目前量子光学主流上是用场量子化来给出光子的严格定义（仍有疑问移步更新4）。2020.6.18 更新一加更：我半年之后，重新审视我半年前写的这段话，我觉得这段话是有问题的。但是又觉得这段话仍作为一种科普思想给大众科普实验物理的发展逻辑，应该存在一些益处，所以就不做什么改动放在这里吧。我觉得这段话有问题的原因是：作为一个大同行，我以前不了解光学精密测量现在的实验前沿到底处于哪一步，所以对于单光子一直含糊其辞，但是这半年通过学习、阅读、听学术报告，我发现单光子在现在的实验条件是确实存在的，而且利用单光子源进行的双缝干涉实验已经存在的，具体的可以移步更新5，那里我进行一些文献调研，列举了一些实验文章。单光子源实现的物理机制应该不难，构建一个两能级体系然后自发辐射就可以；至于单光子的测量，我之前猜想是用灵敏度极高的雪崩放大器，但是经过评论区做实验的知友的讨论，我得知单光子测量的一些常用手段，放在这里也分享给大家：一般是用雪崩二极管，但是效率更高的是利用超导纳米线的光探测器，光子会使它失超从而改变电流。 @快雪时霁 单光子测量，灵敏度极高的雪崩放大器理论上是可行的，局限性是该类探测器对短波较为敏感，对红外波的探测效率很低，且通常噪声较大。目前较为先进或敏感的单光子探测器是超导类探测器，比如TES，SNSPD 。 @抱着电镜的小孩 更新2：感觉知乎上大家物理水平还是很高的，我又被问到一个我觉得必须认真回应的问题了：有人疑惑每次只发射一个光子 就算产生了干涉 怎么会有波纹？一个光子是不是只能在板子上产生一个亮点？是不是因为光子具有波的属性所以就算一个光子也能产生干涉条纹？我不得不说这是一个很好的问题，这个问题再一次地触及到了量子力学的本质，我来认真回答一下。要知道光子具有波粒二象性，在传播的时候显示为波动性，但是被测量时却显示出粒子性。所以说每次发射出的一个光子打到屏幕上，会以粒子性被测量，也就是屏幕上出现一个亮点。但是为什么会出现干涉条纹呢？虽然每个光子都是一个亮点，但是你发射出非常多的光子时，你会发现这些亮点自动的服从明暗相间的干涉分布。你是不是看到这里觉得不能接受。明明每个光子是独立的，但是为什么冥冥中好像有一股力量在操纵他们，使他们服从干涉分布。那是因为你一直以为这种干涉是光子作为一种实体来参与的一种干涉，而事实上，光子在传播的时候并不能视为一个粒子（事实上在测量之前都不能视为一个粒子的行为），所以这里干涉的是概率波（光子在被测量前可以理解成不同态的叠加，而这些态的是否会被测量到有不同概率的，概率和位1）！不是实体波！所以这个干涉条纹是统计意义的干涉条纹！大部分对于量子力学不太了解的人可能会认为目前的量子力学是精确解释微观世界中单个粒子行为的理论，但是事实上量子力学只有在统计意义上才有意义。量子力学解释单个光子是没有任何意义的，就其中某一个光子而言，我也不知道它会落在屏幕的哪里，我只能说出它落在哪里的概率是多少，但是如果有一亿个光子，那我敢确定，它们一定出服从干涉条纹的分布。其实我一开始是不准备说这么深的，因为这没有多年的学习和科研训练，是很难理解的，但是感觉知乎上大家还是很厉害的，就多说点吧。更新3（2019.8.16）：我发现评论区大家很多都在讨论量子力学中对于 测量 和 海森堡不确定性原理 的理解，在这里我想对这个问题进行一些简单的讨论。3.1 到底什么是测量？为什么测量会引起所谓的“坍缩”答：坦白的说，我不知道。你先别失望，不仅我不知道，据我所知，2019年了，距离量子力学体系建立的1929年已经90周年了，物理学界对于测量背后的物理图像，仍然没有一个共识性的意见。也就是因为这个原因，现在仍有一些功成名就的物理学家在自己拿奖无数之后，开始转投那些影响因子很小的基础理论期刊。就是为了因为他们不满足于现有的量子力学解释。我就认识这样的一个荷兰教授。那现在学界认可的量子力学是如何处理 测量 这一概念的呢？（下面的解释不再通俗易懂，劝退警告）物理学中有一个很重要的概念，叫“可观测量”，比如速度、位置、光强等等，那测量其实就是通过物质间的相互作用给出被观测者想要的可观测量。在量子力学中，我们把测量这一操作假设为一个个算符（你可以理解为一个矩阵），而待测的量子态设为一个个矢量（其实这个矢量是在希尔伯特空间中展开的），那我们日常看到的这些“可观测量”在量子力学中如何求出呢？就是算符（矩阵）和量子态（矢量）的投影。你看到这里一定心里暗暗地笑，你们搞物理的在自嗨吗？这些规则都是你们自己定的呀，这算出的东西是真实的吗？没错，你的疑问没有问题。现代的量子力学确实是建立在一套我们自己制定的规则中，而测量作为一个投影算符，会导致量子态的坍缩，恰恰是这个规则中的一个。现在你理解我为什么要说我不知道了吧，因为测量坍缩在量子力学中是定理呀！如果你使用这个理论，那这个假设就是不言自明的！就像是欧式几何的最底层也存在“五大公理”，那你是不是也要质疑一下凭什么两条平行线不相交？（事实上有人质疑了，这个人写出了黎曼几何）。和黎曼一样，当然我们当然希望一个理论中作为公理的假设越少越好，越符合我们的直观越好，所以现在还有很多物理学家在做出努力。但是就目前而言，对于测量能不能被更为基本的理论去理解，学界目前应该没有什么共识。所以欢迎大家开脑洞，但是也要擦亮眼睛，保持清晰，自我判断。3.2 海森堡不确定性原理 指出不可对易的算符不能同时测量准确，这个如何理解。我现在再把不确定性原理给大家翻译翻译。其实就是说，在微观世界，有一些可观测量不能同时被精确的测量，就比如说速度和位置，这两就不能同时测。速度测量的误差和位置测量的误差的乘积一定会大于某个值。也就是说你如果确定的说一个电子处于某个确定的地方，那这个电子的速度可能是0到无穷大；相反的，如果你精确地说出了电子的速度（其实动量更严谨）是多少，那这个电子可能处在空间中的任何一个地方。不确定性原理自从提出之日起就一直存在着两种解释：第一种是说测量不准，是因为测量本身对于微观粒子就是一种干扰，同时也受制于测量仪器的精度，故测不准；第二种是说，测不准是因为物理原理上的原因，原理限制了不可能测准。第一种是最为大众所接纳的，因为容易理解，但是物理学界普遍认可第二种解释。第二种解释也有一个名称---量子力学的哥本哈根诠释。其主要的提出和支持者是波尔，波恩，海森堡等，主要的反对者是爱因斯坦。这个派别从第五届索尔维会议的座次就可见一二，波尔被波恩、海森堡等人围在中心，爱因斯坦则坐在这个圈子之外。Fig.4 第五届索尔维会议合照 （From 网络）这个诠释说的是，量子力学中粒子的波函数没有任何的实际意义。有意义的是波函数的模平方，指的是粒子在概率分布。也就是根本哈根诠释完完全全地摒弃了经典物理的概念，甚至连粒子的实体意义都摒弃了，取而代之的是概率分布。而所有我们熟悉的粒子实体概念只有在所谓测量发生的那一刻才因为概率的坍缩而产生意义。我在评论中和其他回答中看到很多神乎其神的描述和结论，其实都是借用了一些量子力学的概念，但是又没有完全使用与之对应的哥本哈根诠释，你如果想要完全理解现代量子力学，我要给你的第一个建议就是不要再执着于给粒子的行为一个实体化的图像，不要再想着光子是从右往左一点点连续移动到屏幕上的，相反的，在测量之前，粒子作为波函数存在，没有经典的实物对照，只存在概率意义。而爱因斯坦不认可这种基于概率和统计的解释，认为“上帝不掷骰子”。你看到这里，可能会倒吸一口凉气。但是，这确实是目前公认的解释，物理学也会发展，这也绝对不会是最后的解释。但是目前我们这样理解微观，你猜怎么样，从未出错！你们想一想为什么量子力学反直观，但是聪明的物理学家却一代代地传承这个理论，并坚信其正确呢？因为量子力学实在是太精确了，我们没有找出任何与之违背的证据，它实在太优美了。更新4（2019.8.17）：评论区的大家对于实验装置实操可行性的讨论激起了我新的思考。我在之前解释量子力学中的双缝干涉实验时，用的模型粒子是和经典杨氏双缝一致的光子。在翻看很多人在评论区的讨论，我也在反思这个设置是否适合。感谢一个评论“光子测量转变为电信号，测量的光子不就消失了，如何继续前进呢？”，我刚才就一直在想能不能找出一个测量手段，不把光子吸收掉，我目前确实还没有想到（可能是因为我的水平有限，希望有人的可以给出不同意见）。所以基于此，之前用光子跟大家解释双缝干涉，在思想实验这个层面肯定是没问题的，但是在实操这个层面就有些不合适的了。所以我认为把之前讨论中的 光子转变为电子 更为严谨。请各位不用担心，这样的改变不会对之前各位已经理解的产生任何的改变，因为电子为德布罗意波，同样具有波粒二象性，同样会因为叠加态在屏幕上产生干涉条纹，也同样会因为测量导致的坍缩而不再呈现干涉条纹。技术上来说，单电子（用电子枪）比单光子更容易实现，并且可以利用光子实现不把电子吸收掉的测量。具体原理可以借助光子和电子相互作用的康普顿效应，通过测量探针光子动量的改变来给出电子的信息。下面我从教材中给出一个简单的装置图：Fig. 5 电子双缝干涉实验装置图所以我必须要强调一点是：我在之前讨论是单光子双缝干涉实验是思想实验，在技术上是存在实现难度的，而且据我所知应该没有实现过。（虽然我在阅读文献的时候，已经多次在近年的文献中看到单光子光源这个词）。真正被实验证实的是单电子的双缝实验。至于我为什么不直接选择电子作为讨论对象，是因为我之前担心从经典杨氏双缝干涉，过渡到量子双缝实验时，直接讨论电子，会造成一些不熟悉电子波动性的读者一些理解上的障碍。而光子却可以非常好地作为“教具”来让大家理解 叠加态 和 测量 的在这个实验中的意义。而且在这里我也要感谢 @Aenea 同学在评论区的补充，非相对论的量子力学描述电子是非常合适的，但是用来描述光子却是不严谨的。现在量子光学主流是利用场量子化来描述光场。在这个角度来看，光子和电子是有区别的。但是大家不用担心之前思想实验的理解，因为光子和电子的波粒二象性都是有强力实验证据的：光子波动性-杨氏双缝干涉实验；光子粒子性--康普顿散射实验电子波动性-镍晶格衍射实验；电子粒子性-阴极射线所以无论是光子还是电子，在经过狭缝时都必须用叠加态来描述。更新5（2019.12.8）：越来越多的朋友在评论区提出这样一个问题：总有人说有人做过双缝干涉以及其后一系列的实验（延迟擦除等），但是从来没有人告诉我实验到底是怎么做的？真的有人做过吗？在哪做的？有论文吗？你们是不是编造出这么一个实验来欺骗大众呀？这种声音的数量已经多到我觉得要回答一下这个问题。首先我要先申明，我本人不是做量子光学精密测量方面的，没有阅读过大量与双缝干涉直接相关的论文，主要的知识来源于量子力学的各类书籍和讲义，但是我寻思格里菲斯、费曼、喀新林他们也没理由骗我呀，所以一直没有质疑过相关实验的真实性。但是现在既然有大量的人指出了，那我是可以找出一些参考文献来，毕竟文献的调研是任何一个博士生的基本能力。我经过简单的查找，发现这个方面还是有很多科学家在做，而且近期都一直保持着很多的研究进展，先来一篇【1】：这篇文章发在物理学顶级期刊PRL上，是一个研究经典延迟选择实验的文章。这篇文章被引136次，还是有不少人在跟进延迟选择实验的，下面是引用这篇PRL的文章：除此之外，我还找到两篇发在Nature、Science上的相关文章，找到的时候，我惊讶于作者竟然敢这么取标题，科学家也总想搞个大新闻呀【2-3】：其中【2】是利用一个原子进行光子的干涉。在此，我也得感谢这些包含质疑精神的朋友们，让我决定花点时间搜一搜文献，我惊讶地发现我真的是井底之蛙了。我之前为了实操上的严谨性，一直在避免讨论单光子干涉的细节，因为我担心一直没人做出来，但是经过这次的阅读，原来做量子光学的科学家早就开始用光子进行双缝干涉实验了，而且单光子光源也早就可以真正在实验室里实现了。我打听得知隔壁华科的物理学院好像就有一台光单子源。如果有对这个实验的细节（怎么实现，条件是什么，装置长什么样？）感兴趣的朋友，可以查看我下面示意性的给出的三个影响力比较大的文献，也可以自己查找文献，进行深入阅读。【1】PRL 100, 220402 (2008)【2】Nature 395, 33–37(1998)【3】Science 307, 875 (2005)一找就停不下来，我用“double-slit experiment C60”来找真的把视频里提到那个用C60的实验【4】给找了出来 hhhh他们用C60做双缝干涉实验真的做出了统计上的干涉函数，有趣！【4】Nairz O, Arndt M, Zeilinger A. Quantum interference experiments with large molecules[J]. American Journal of Physics, 2003, 71(4): 319-325.2020.6.18 更新五加更：我之前的文献调研，示例地给出了光子和C60的双缝干涉实验，我在此次更新中增加一下电子双缝干涉的实验文章。通过简单的寻找，我找到了一篇比较有代表性的文章：【5】Frabboni, S., Gazzadi, G. C., & Pozzi, G. (2007). Young’s double-slit interference experiment with electrons.American Journal of Physics,75(11), 1053-1055.我在这里介绍这篇文章，是因为除了这种专业的物理分析外，这篇文章给出一些大众容易接受的图像细节，放在这里主要还是想让大家对于这个实验进行一下祛魅。图（a）就是实验中所用双缝的透射电镜（TEM）的图，旁边标有比例尺，大家可以对于双缝有个定量的感知。图（b）就是电子的干涉条纹（旋转了90度之后的），而图（c）就是在不同偏转角度上电子统计强度的分布，注意这里的统计，这里的干涉不是在单个粒子，是在统计意义上才成立的，这一点我也在之前的更新2中反复强调过。-------------------------------------------------------------------------------------------PS：我看到很多人希望我添加光子延迟擦除，对于这个实验，我并不熟悉，我目前还没有十足的把握给出清晰的解释，如果哪天我觉得我有能力解释清楚了，会来给大家更新的。附上两个学习这个话题比较好的视频：https://www.zhihu.com/video/1144935238953189376https://www.zhihu.com/video/1144935396470317056编辑于 2020-06-18 23:09​赞同 3.3 万​​2,386 条评论​分享​收藏​喜欢收起​江北行专利咨询分析​ 关注尽量通俗的科普。先说波和粒。有个房间，你对着门口开了一枪，子弹从门飞进去打在一个点上，这是粒子，直线传播的。还是这个房间，你对着门口吼了一声，里面的人站在任何一个位置都能听到，这是波。这两种东西直觉上是觉得性质是截然相反的，但微观上偏偏就不是。记住这句话，看后面的内容。杨氏双缝干涉实验，一束光通过两个缝隙，分成两个完全相同的光源，然后波峰波谷叠加，出现明暗条纹典型的波特性。如果是粒子，想象一下，你用冲锋枪对着双缝扫射，后面放一堵墙。只有在枪口和双缝连线的延长线上，墙面才有弹孔，应该是聚集在两个地方的，这是典型的粒子性。电子双缝干涉，是这样的，发射一束电子出去过双缝，唉，干涉的明暗条纹出现了，是波。改成一个一个的电子发射，最后还是干涉条纹。那么问题来了，每次只有一个电子，它是如何同时过双缝，和自己干涉，然后出现明暗条纹的呢？为了搞清楚这个问题，科学家在双缝上分别设置了感应器，电子通过的时候就会有信号，就知道电子是从哪个缝过去了，然后神奇的事情发生了，干涉条纹消失了，电子聚集在两个区域，表现出了粒子的特性。 后面还设计了更巧妙的实验，延迟擦除，懒得打字了，有人看再更。4.22更新给9个评论的观众。延迟擦除，前面写错，已经更正。双缝干涉的恐怖就在于这个延迟擦除，异常的毁三观。现在我们已经知道，如果能测得电子通过哪一条缝，它就表现出粒子性（干涉条纹消失），如果不测就表现波动性（出现干涉条纹），那么如果把是否观测这件事放在干涉条纹这件事的后面，会出现什么呢？这就是所谓的延迟。先科普一个概念，量子纠缠，可以理解为一对粒子，测出一个就知道另一个的状态，不管这俩粒子在天涯海角。然后我用通俗的语言，概括一下延迟擦除。还是光，通过A B两个缝，然后放一个晶体，过了这个晶体后就会产生一对纠缠态的光子（甲乙），然后甲射向屏幕，观察是否有干涉条纹，乙射进行另一个装置，我们就叫延迟观测装置吧。我们观测乙，就能知道甲的情况。延迟观测装置针对A缝和B缝设计了两条光路，从A缝射出的进入光路a，从B缝射出的进入光路b。两条光路的路程不同，光路a需要 t1时间入射到检测结构，光路b需要t2时间入射到检测结构，那么根据最后入射到检测结构的时间，就知道乙到底走的是光路a还是光路b。知道它走哪一条光路，就能反推出它是穿过了哪个缝，这个时候屏幕上的干涉条纹消失了。然后改变光路b中的一段，使得光路a和光路b的长度相同，也就是说擦除了二者差距那一段信息，最后入射到检测结构的时间相同，我们无法获知乙走的哪一条光路，也就无法反推它穿过那一条缝，这个时候屏幕上的干涉条纹又出现了。可能有人觉得奇怪，直接在缝上测不就行了吗，搞这么复杂干嘛？重点来了！！！敲黑板！！！在延迟观测装置上，乙打到检测结构的时间，在甲投射到屏幕的时间之后！！什么意思，比如说有个光子，它在通过双缝的时候，已经“知道”了未来是否会被观测，然后“决定”否进行干涉，是不是很奇怪？果出现在了因的前面，因果律还有用吗？这个实验的延迟时间很短，零点几秒。如果光程长到几光年，那么光子能够提前几年知道自己是否被观测吗？有人说这个实验顺带证明了上帝不存在，如果有全知全能的上帝，那么他一定知道粒子从哪个缝过去，那粒子就不可能出现干涉了。还有一个奇怪的地方，粒子是怎么知道，人类具有足够的知识，能从光程差反推出来哪个缝的？比如做实验的是一个小学生，他并不知道改变光路b意味着什么，光子还是知道自己被观测了。光子“默认”人类具有足够的知识能从一些条件推理得出它从哪个缝过去，他就认为出现那些条件的时候自己被观测了，这听起来多么的荒谬。还有很多别的思考，手机打字不方便，就不展开了。感觉到这个实验的恐怖所在了吧。------------------万赞更新-------------这个回答出乎意料的火，大量的私信我尽量回了，大家不要难为我，我也只是个科普爱好者，不是科研人员。我不生产科学道理，只是搬运工……推荐一下下面这本书:我知乎盐入坑的小书，几个小时就能看完，趣味性、文笔和内容比本答案大概强一百倍，对科学感兴趣的同学一定要看看。编辑于 2020-03-12 11:44​赞同 6 万​​4,339 条评论​分享​收藏​喜欢

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指导书-15杨氏双缝干涉实验

2016-01-20 19:15

 

杨氏双缝干涉实验  

自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，研究光的反射、折射、成像等规律的几何光学基本确立。惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说，认为光是以波的方式产生和传播的，但早期的波动理论缺乏数学基础，很不完善，没有得到重视。19世纪初，托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论，成功的解释了干涉现象，并成功做出了著名的杨氏双缝干涉实验，为光的波动理论确定了实验基础。  

 

【实验目的】  

1、 观察杨氏双缝干涉现象  

2、 测量光波波长  

 

【实验仪器】  

 

钠光灯（加圆孔光栏）、凸透镜L：f=50mm、二维调整架、单面可调狭缝、双缝、干板架、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）、读数显微镜架、升降调节座      

 

1.钠光灯（加圆孔光栏）2.凸透镜L：f=50mm 3.二维调整架4.单面可调狭缝5.双缝  

6.干板架7.测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）8.读数显微镜架9-12.升降调节座    

 

图 1杨氏实验装置图  

 

【实验原理】  

杨氏双缝干涉是利用分波面法获得相干光的方法，杨氏双缝干涉实验的装置如图 1所示，其原理如图 2。在普通单色光源（如钠光灯）前面放一单缝S，在S的前方，再放一个开有双缝S1和S2的屏。S1和S2彼此相距很近，且到S等距。根据惠更斯原理，S1和S2将向前发射次波（球面波），形成的相干波在距离为D的接收屏上叠加，形成干涉图样。实验可以不用接收屏，而用测微目镜直接观测，并测量数据用以计算。  

 

 

 

 

 

图 2 杨氏实验原理图  

 

设两个双缝S1和S2的间距为d，它们到屏幕的垂直距离为D（屏幕与两缝连线的中垂线相垂直）。  

因为S1和S2到S的距离相等，S1和S2处的光振动就具有相同的相位，屏幕上各点的干涉强度将由两束光的光程差决定。在屏幕上建立坐标系，原点O位于S1和S2连线的中垂线上，向上为坐标正方向。设屏幕上任意一点P，坐标为x，S1和S2到P点的 距离分别为r1和r2，根据几何关系有  

 

 

                        (1)  

 

                         ( 2)  

 

由上两式可以得到    

              ( 3)  

 

                                             

因为，，所以  

 

若整个装置放在空气中，则相干光到达P点的光程差为：  

                   

                               ( 4)  

 

 

1、干涉条件  

由干涉条件  

当P点满足            明纹，  

 

当P点满足                 暗纹，（          ）  

 

2、屏幕上各级干涉条纹的位置  

 

      明纹                   （ 5）  

 

 

 

                                        暗纹，（           ）     （ 6）  

 

3、条纹间距  

由上二式可计算出相邻明纹或暗纹之间的距离相等，用x表示，它反映了条纹的疏密程度。由( 5)或（ 6）式得  

相干条纹的间距为  

                                       ( 7)  

变换可得：                                      （ 8）  

 

这就是本实验所要使用的原理公式。从实验中测得D，d以及x，即可由上式算出波长。  

4、入射光波长不同，条纹间距不同。  

5、白光入射时,除中央的零级明条纹为白色外，其余各级条纹均为彩色，在白色的中央明纹两侧出现对称的各级彩色明条纹.但在较高级次会因重叠而模糊不清。  

【实验内容与步骤】  

1、 把全部仪器按照图 1杨氏实验装置图在平台上摆放好，并调成共轴等高系统。钠光灯（加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上。使单缝和双缝平行（都和目镜的刻线平行），而且由单缝射出的光照射在双缝的中间。  

2、 适当调窄单缝，使在目镜视场中看到干涉条纹，进一步并调节单缝和双缝的平行度（调节单缝即可），使干涉条纹位于目镜中心且最清晰。  

3、 用微测目镜测出连续6条干涉条纹的位置，用逐差法求出条纹间距，用微测目镜测量双缝间距d，用米尺测出双缝到微测目镜焦平面上叉丝分化板的距离D。把测出的各量代入到公式中求出波长。  

 

【数据处理】  

表 1  条纹间距的测量  （单位：mm）  

条纹位置        

3△x        

     

     

     

X1        

X4        

X2        

X5        

X3        

X6        

 

 

 

 

 

表 2  双缝间距及双缝至屏的距离的测量   （单位：mm）  

测量次数        

物理量        

1        

2        

3        

平均值        

     

     

—————        

     

     

—————        

1、 根据所测数据用逐差法计算波长  

2、 评定波长的不确定度、相对不确定度，写出测量结果表达式。

 

       

         

         

       

               

3、  由钠光的标准波长589.3纳米计算测量结果的百分误差。  

 

【思考题】  

1、 用同一种颜色的光照射时，双缝间距d与干涉条纹疏密有何关系？  

2、 用不同颜色的光照射时，光的波长与干涉条纹疏密有何关系？  

 

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双缝干涉试验的观察者效应究竟是怎样的？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册物理学物理学专业量子物理经典物理学伟大的物理学双缝干涉试验的观察者效应究竟是怎样的？最近对量子力学很感兴趣，特别是双缝干涉这个实验，我是外行人，太多不懂的，希望有个人帮助我解答我的疑问。 第一：“观测”的定义是什么？试验表明人眼看到的…显示全部 ​关注者125被浏览183,233关注问题​写回答​邀请回答​好问题 2​4 条评论​分享​14 个回答默认排序nan hu离开物理好多年​ 关注谢邀。首先，关于不确定性原理是否能被形容为观察者效应稍微有点争议，我过我个人认为这种争议仅仅在于这种效应在理论上是否能够避免。如果认为不能避免，那么我觉得称作观察者效应是没问题的。传统的观察者效应是可以避免的，比如你盯着看一个小女孩，她害羞脸红了，然后你写报告说这是一个“红脸的女孩”，这个结论是不正确的，因为你的观测本身影响了实验对象，解决方法是用不同的实验方法进行实验，比如用摄像机暗中观察女孩（俗称偷窥），让跟女孩很熟的不会让她害羞的亲人观察她等。量子力学的不确定性原理最开始也被认为是这种传统的观察者效应，于是大家在理论上和实验上想尽各种办法来试图消除这种由于观测产生的影响，但是后来所有的努力的结论都是“这种影响存在一个下限”，换句话说不能让这个影响小到零。具体到双缝实验，探测器给系统的影响如果刚刚好能够够探测到电子通过哪个狭缝的话，那么刚刚好就不产生干涉条纹，而能够刚刚好勉强产生干涉条纹的时候人们发现恰恰探测器不能探测到电子通过哪个狭缝。而量子力学的神秘和令人惊奇就是这一切是高度定量的，而且似乎和人的意识联系起来，毕竟观测的最后结果是人脑获得了信息，而在这最后一步之前你根本无法得出任何结论。这也是 物理是实验科学，一切立足于实验观测 的意思。不知道你哪看来的，你的问题反应了你对“摄像机”这个东西理解的错误。这里所谓的“摄像机”是指发射和电子相互作用的光子然后探测光子的变化从而探测电子的探测器，所以不是摆设不摆设的问题，是真的有东西和电子发生了作用，我们无法探测一个不和任何东西发生作用的电子，因为对那样的电子我们不能实施任何“观测”。编辑于 2017-02-19 18:03​赞同 56​​14 条评论​分享​收藏​喜欢收起​知识漫游指南​ 关注双缝，顾名思义，就是在一块隔板上开两条缝。

用一个发射光子的机枪对着双缝扫射，从缝中漏过去的光子，打在缝后面的屏上，就会留下一个光斑。（等效于 1961 年电子双缝干涉实验）

在实验之前，科学家的推测如下：

第一种可能

如果光子是纯粒子，那么屏幕留下两道杠。

光子像机枪发射的子弹一样笔直地从缝中穿过，那么屏幕上留下的一定是 2 道杠，因为其他角度的光子都被板挡住了。

第二种可能

如果光子是纯波，那么屏幕上会留下斑马线般的一道道条纹。

光子穿过缝时，会形成 2 个波源。两道波各自震荡交汇（干涉），波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间正反抵消，最终屏幕上会出现一道道复杂唯美的斑马线（干涉条纹）。

第三种可能

如果光子是波粒二象，那么屏幕图案应该是以上两种图形的杂交混合体。

总之，

两道杠 = 粒派胜；

斑马线 = 波派胜；

四不像 = 平局。

是波是粒还是二合一，看屏幕结果一目了然，无论实验结果如何，都在我们的预料之中。

第一次实验 ：把光子发射机对准双缝发射。

结果 ：标准的斑马线。

根据之前的分析，这证明光子是纯波。OK，实验结束，大家回家洗洗睡吧。

粒派不服：我明明知道光子是一个一个的粒子！

这样，我们再做一次实验，把光子一个一个地发射出去，看会怎么样，一定会变成两道杠的！

第二次实验 ：把光子机枪切换到点射模式，保证每次只发射一个光子。

结果 ：斑马线，竟然还是斑马线，怎么可能？我们明明是一、个、一、个把光子发射出去的啊！

最令人震惊的是，一开始光子数量较少时，屏幕上的光点看上去一片杂乱无章，随着积少成多，渐渐显出了斑马线条纹！

光子要真的是波，那粒派也不得不服。

问题是：根据波动理论，斑马线来源于双缝产生的两个波源之间的干涉叠加；而单个光子要么穿过左缝、要么穿过右缝，穿过一条缝的光子到底是在和谁发生干涉？

难道……光子在穿过双缝时分裂成了两个？一个光子分裂成左半光子和右半光子，自己的左手和右手发生了关系？事情好像越来越复杂了。干脆一不做二不休，我们倒要看看，光子究竟是怎样穿过缝的。

第三次实验 ：在屏幕前加装两个摄像头，一边一个左右排开。哪边的摄像头看到光子，就说明光子穿过了哪条缝。同样，还是点射模式发射光子。

结果：每次不是左边的摄像头看到一个光子，就是右边看到一个。一个就是一个，从来没有发现哪个光子分裂成半个的情况。

大家都松了一口气。光子确实是一个个粒子，然而在穿过双缝时，不知怎么就会变形成两道波同时穿过，形成干涉条纹。

虽然诡异了些，不过据说这就是波粒二象性 了，具体细节以后再研究吧，这个实验做得人都要精分了。

然而，就在这时，真正诡异的事情发生了……

人们这才发现，屏幕上的图案，不知什么时候，悄悄变成了两道杠！

没用摄像头看，结果总是斑马线，光子是波；

用摄像头看了，结果就成了两道杠，光子变成了粒子。

实验结果取决于看没看摄像头？

这不科学啊，做物理实验竟然见鬼了啊！

一个貌似简单的小实验做到这份上，波和粒子什么的已经不重要了，重要的是现在全世界的科学家都懵逼了。

这是有史以来第一次，人类在科学实验中正式遭遇灵异事件。

观察者魔咒

你还没看出灵异在哪里？

好吧，请先看懂下面这个例子：

电视里正在直播足球比赛，一个球员起脚射门——

「咔」暂停，你预测一下这个球会不会进？

在球迷看来： 球进还是不进，和射手是不是 C 罗、梅西有关，和对方门将的状态有关，和裁判收没收钱说不定还有关。

在科学家看来： 有关的东西更多，比如球的受力、速度和方向，距离球门的距离，甚至草皮的摩擦力、球迷吼声的分贝数等等。

不过，只要把这些因素事无巨细地考虑到方程里计算，完全可以精确预测三秒后球的状态。但无论是谁，大家都公认的是，球进与不进，至少和一件事情是绝对无关的：

你家的电视。

无论你用什么品牌的电视，无论电视的屏幕大小、清晰度高低、质量好坏，无论你看球时是在喝啤酒还是啃炸鸡，当然更无论你看不看电视直播——该进的球还是会进，该不进就是不进，哪怕你气得把电视机砸了都没用。

你是不是觉得，上面说的全都是废话？那么，仔细听好：

双缝干涉的第三次实验证明了，在其他条件完全相同的情况下，球进还是不进，直接取决于在射门的一瞬间，你看还是不看电视！

看还是不看，这是一个问题！

光子从发射器射向双缝，就好比足球射向球门；用摄像头观测光子是否进缝、怎么个进法，就好比用电视机看进球。

第三次实验与第二次的唯一区别，就是实验 3 开了摄像头观察光子（看电视），实验 2 没放摄像头（不看电视）——两次实验的结局竟截然不同。

这，就是观察者的魔咒。

难道说，不看光子它就是波，看一眼，它就瞬间变成粒子？

难道说，「光子是什么」这一客观事实，是由我们的观察（放不放摄像头）决定的？

难道说，对事物的观察方式，能够改变事物本身？

三观崩塌

在所有人懵逼的时候，还是有极少数聪明人，勇敢地提出了新的理论： 光子，其实是一种智能极高的外星 AI 机器人。

之所以观察会导致实验结果不同，是因为光子在你做实验之前就悄悄侦查过了，如果发现有摄像头，它就变成粒子形态；如果发现是屏幕，就变成波的形态。

这个理论让我想起了传说中的：

难道机器人阿童木真的存在？（「阿童木」是日语「アトム」的发音直译，词语源自英语「Atom」，意即「原子」）

这种扯淡理论居然没被口水喷死，还要做实验去验证它，可见科学家们已经集体懵逼到了什么地步。

第四次实验：

事先，只有屏幕没有摄像头；

我们算好光子穿过缝的时机，等它穿过之后，再以迅雷不及掩耳之势加上摄像头。（等效于 1978 年惠勒延迟选择实验）

结果是啥？

无论加摄像头的速度有多快，只要最终加上了摄像头，屏幕上一定是两道杠；反过来，如果一开始有摄像头，哪怕在最后一刻秒秒钟撤掉，屏幕上一定是斑马线。

回到看球赛的那个例子，就好比：我先闭上眼睛不看电视，等球员完成射门、球飞出去 3 秒钟后，我突然睁开眼睛，球一定不进，百试百灵。

在你冲出门去买足彩之前，我先悄悄提醒你：这种魔咒般的黑科技，目前只能对微观世界的基本粒子起作用。要用意念控制足球这样的大家伙，量子还做不到啊！

请注意，加不加摄像头，是在光子已经穿过双缝之后再决定的。不管光子在穿缝的时候变成什么形态，过了缝应该就定型了。

既然光子的状态在加摄像头之前就定型了，为什么实验结果还是能在最后一刻发生变化？

难道说，在之后做出的人为选择（未来），能够改变之前已经发生的事实（历史）？

而且，加摄像头的速度，可以做到非常快（40 纳秒）。就算光子真的是个狡猾的微型变形金刚，当它变成波的形态穿过双缝，在最后一刻却发现面前是一个摄像头时，它也来不及再次变身了吧？

「主观决定客观」「未来改变历史」「外星人其实是无处不在的光子」……

好端端一个实验弄得谣言四起，物理学家们纷纷感到几百年来苦心经营的科学体系正在崩塌。

与之一起崩塌的，还有全人类的三观。

量子魔法时代的大幕，正在徐徐拉开。

为了一只猫的死活，100 年前的天才哲学家，学历最高的足球运动员，撩妹无数的量子力学教授……他们都在纠结个啥？

另一些人，却恰恰相反——他们做任何事，都是为了纠结，下面我要说的，就是另一些人的故事。

学历最高运动员

1908 年夏天。

丹麦，哥本哈根。

一名足球运动员正在思考自己的前程。

23 岁，是时候做个决定了。比自己小两岁的弟弟，已经成为国奥队的中场核心。在刚刚结束的伦敦奥运会上，哈那德·玻尔率丹麦队 17：1 血洗法国队，斩获银牌创造「丹麦童话」，一夜之间成为家喻户晓的球星。

而我，作为丹麦最强俱乐部——哥本哈根 AB 队的主力门将，居然从未入选国家队，这简直是一种耻辱。

国家队大名单里怎能没有我？

教练说我什么都好，唯一的弱点是喜欢思考人生。

上次和德国米特韦达队踢友谊赛，对手竟敢趁我在门框上写数学公式的时候，用一脚远射偷袭，打断我的思路！最后一刻不还是被我的闪电扑救解围，要是后卫早点上去堵枪眼，那场球踢完就可以交作业了。

是成为世界最伟大的门将，还是成为世界最伟大的物理学家，这是一个问题，我需要纠结一下。

100 多年前，为了搞清光子究竟是波还是粒子，科学家们被一个貌似简单的「双缝干涉」实验弄到集体「精分」。

这个实验明白无误地说明，光子既可以是波，也可以是粒子。

至于它到底是什么，取决于你的观测姿势 。

装摄像头观测光子的位置，它就变成粒子；不装摄像头，它就是波！

我们曾经天真地以为，无论用什么样的姿势看电视直播，都不可能影响球赛结果，可是在微观世界中，这个天经地义的常识好像并不成立，这就是那么多高智商理工男懵逼的原因。

但是在玻尔看来，将宏观世界的经验常识套用到微观世界的科学研究上，纯属自寻烦恼。

通过常识，我们可以理解一个光滑小球的物理属性；但是凭什么断定，组成这个小球的万亿亿亿个原子，也一定有着和小球完全相同的属性？

凭什么在微观世界中，原子、电子、光子，一定要遵循和宏观世界同样的物理法则？

一般人纠结的问题无非是：量子世界的物理法则为什么这么奇怪啊……

只有天才，能够直截了当问出关键问题：© 本内容版权为知乎及版权方所有，侵权必究发布于 2023-01-16 11:30​赞同 35​​3 条评论​分享​收藏​喜欢

高中实验《用双缝干涉测光的波长》 - 知乎

高中实验《用双缝干涉测光的波长》 - 知乎切换模式写文章登录/注册高中实验《用双缝干涉测光的波长》悟理晓章​​教师资格证持证人一、实验目的：观察白光和单色光双缝干涉的干涉图样；会用测定单色光的波长。二．实验原理：1．如图甲所示，光源发出的光经滤光片成为单色光．单色光通过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个线光源．衍射光波同时到达双缝S1、S2，S1、S2相当于两个相位一致的单色相干光源．透过双缝S1、S2的单色光在光屏上相遇并叠加，形成平行于双缝的明暗相见的干涉条纹．当这两束光波到达某点的路程差为光波波长的整数倍时，该处的光互相加强，出现明条纹；当到达某点的路程差为半波长的奇数倍时，该处的光互相减弱，出现暗条纹。2．相邻两亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx与光波波长λ、双缝间距离d以及双缝到光屏的距离l有关，其关系式为Δx=L/d·λ，因此，只要测出Δx、d、L，即可测出波长λ．双缝间的距离d是已知的，双缝到光屏的距离l可用米尺测出，相邻两亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。3．如图乙所示，测量头由分划板、目镜、手轮等构成．转动手轮，分划板会左、右移动，测量时，应使分划板中心刻线与一条亮(暗)条纹的中心对齐(如图丙所示)，记下此时手轮的读数a1，转动手轮，使分划板向一侧移动，当分划板中心刻线与另一条亮(暗)条纹中心对齐时，记下此时手轮的读数a2．两次读数之差就是这两条条纹之间的距离Δx。由于相邻两亮(暗)条纹间的距离Δx很小，直接测量相对误差较大．通常测出n条亮(暗)条纹间的距离a，再推算相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx，即Δx=a/n-1。三．实验器材：双缝干涉仪(光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏及测量头)、学生电源、导线、刻度尺四．实验步骤：1．观察双缝干涉图样．（1）如图所示，将光源、单缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。（2）接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。（3）调节各器件的高度，使灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。（4）安装双缝，使双缝与单缝平行，二者间距约5~10cm。（5）观察白光的干涉条纹。（6）在单缝和光源间放上某种颜色的滤光片，观察该单色光的干涉条纹。2．测定单色光的波长．（1）用米尺测量双缝到光屏的距离l，从双缝上读出双缝间距d。（2）将毛玻璃屏换成测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。（3）转动手轮，使分划板中心刻线与某条亮(暗)纹中心对齐，记为第1条亮(暗)纹，并记下此时手轮上的读数a1．继续转动手轮，使分划板中心刻线与第n条亮(暗)纹中心对齐，记下此时的条纹数n和手轮上的读数a2．a2与a1的差值即为n条亮纹的间距。（4）重复步骤(3)的测量，做好记录，计算并求出波长的平均值。（5）换用不同的滤光片重复实验并记录实验数据。五．误差分析：测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距Δx测量不准，或双缝到屏的距离测不准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用多次测量取平均值的方法来减小误差。六．注意事项：1．双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆卸遮光筒、测量头等元件。2．滤光片、单缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸或干净软布轻轻擦去。3．光源最好为线光源，并与单缝平行且靠近。4．调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。5．放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。6．调节的基本依据是：照在光屏上的光很弱，主要是光源与单缝、双缝、测量头及遮光筒不共轴所致；干涉条纹不清晰主要是单缝与双缝不平行所致。7．调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条纹间的距离。8．不要直接测Δx，要测多个亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。9．白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外层。七．练习：1．现有毛玻璃屏A、双缝；B、白光光源；C、单缝；D和透红光的滤光片；E等光学元件，要把它们放在图中所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C_____________A。（答案是E、D、B）（2）本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；调节单、双缝间距约5~10cm并使之相互平行．③用米尺测量_________到屏的距离；(答案是双缝)④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离。（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图2所示．该示数为_______mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数为_________mm，求得相邻亮纹的间距Δx为_________mm。（答案是2.320；13.870；2.310）（4）已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ=_________，求得所测红光的波长为_________nm。（答案是dΔx/L;660）（5）关于本实验，下列说法正确的是___A．减小双缝间距，干涉条纹间距减小B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大C．将绿光换为红光，干涉条纹间距减小D．将绿光换为紫光，干涉条纹间距增大E．去掉滤光片后，干涉现象消失F．若挡住双缝中的一条缝，屏上也会有条纹(答案是BF)发布于 2023-03-27 20:33・IP 属地河北双缝干涉实验光学实验物理​赞同 7​​1 条评论​分享​喜欢​收藏​申请

三分钟读懂量子力学：揭秘双缝干涉现象 - 知乎

三分钟读懂量子力学：揭秘双缝干涉现象 - 知乎首发于玻璃上的世界切换模式写文章登录/注册三分钟读懂量子力学：揭秘双缝干涉现象物理哲学哥德巴赫猜想薛定谔的猫从某种意义上来说，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。——Ramamurti Shankar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=ℏω，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，光线与不透明板的夹角为90°-θ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1000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。下一篇三分钟读懂量子力学：什么是波函数？发布于 2019-11-21 10:54量子物理量子理论双缝干涉实验​赞同 38​​11 条评论​分享​喜欢​收藏​申请转载​文章被以下专栏收录玻璃上的世界哥德巴赫猜想薛定谔的猫，物理+哲学+数论=自

双缝实验首次在时间维度重建----中国科学院

双缝实验首次在时间维度重建----中国科学院

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中国科学技术大学（简称“中科大”）于1958年由中国科学院创建于北京，1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针，是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

中国科学院大学（简称“国科大”）始建于1978年，其前身为中国科学院研究生院，2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制，与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢，是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

上海科技大学（简称“上科大”），由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设，由上海市人民政府主管，2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略，培养创新创业人才”的办学方针，实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合，是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

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中国科学院院士姚檀栋获塞里格曼冰晶奖

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​中国科学院大学基础医学及长三角地区生命科学研究生学术论坛举办

全球气候变化下的水资源管理和研究生培养冬季学校开班

第八届植物分类研究高级研修班举办

中国科大学子在中国国际大学生创新大赛获佳绩

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中国科学院国家授时中心时间科学馆

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上海天文台举办“与光同行”天文科普亲子活动

版纳植物园举办“2024雨林博物科学营”

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太阳打“喷嚏” 地球会怎样

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看宇宙间那一场场盛大的“烟花表演”

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十年，科技创新再出发！

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碳中和的创新发展机遇

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助力碳达峰、碳中和，科普在行动

工作动态/ 更多

 南京天光所召开党委理论学习中心组党风廉政建设专题学习会

上海硅酸盐所召开党委理论学习中心组学习会

自动化所召开党委理论学习中心组学习会

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地球环境所党委理论学习中心组召开2024年第1次集体学习会

授时中心召开党委理论学习中心组学习会

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地理资源所召开2024年度第一次纪委会议

广州分院召开分院纪检组成员、直属机关纪委委员会议

兰州分院纪检组、系统单位纪委召开学习研讨（扩大）会议暨纪监审工作会议

沈阳分院召开2023年度纪监审业务第四次交流会暨纪检组2023年度工作总结会

沈阳自动化所开展纪检干部专题培训

违纪违法举报

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深圳先进院举办"不负春色 绽放芳华"三八妇女节主题系列活动

新疆生地所开展“芳华悦己，奋勇逐光”主题春日活动

新疆理化所开展“煦暖巾帼心 熠熠芳华梦 奋进新征程“三八主题系列活动

天津工生所开展庆祝三八国际劳动妇女节主题活动

兰州化物所举办“翰墨飘香写春联 龙年迎春送祝福”活动

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双缝实验首次在时间维度重建

2023-04-06

科技日报 刘霞

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原始双缝实验艺术图。图片来源：英国《自然》杂志网站

　　英国科学家在3日出版的《自然·物理学》杂志上发表论文指出，他们借助一种能在飞秒（千万亿分之一秒）内改变特性的“超材料”，在时间而非空间维度重现了著名的双缝实验。最新实验揭示了更多光的基本性质，也为创造出能在空间和时间尺度上精细控制光的终极材料奠定了基础。

　　1801年，英国科学家托马斯·杨进行了首个双缝实验，结果表明，光的“行为举止”与波类似。进一步的实验发现，光实际上既是粒子又是波（波粒二象性）。这些实验揭示了光的量子性质，还揭示了包括电子和中子等“粒子”的波粒二象性，对量子物理学产生了深远影响。在最新研究中，由帝国理工学院物理学家领导的团队借助一种在飞秒内改变特性的氧化铟锡薄膜，使用时间“狭缝”而非空间“狭缝”再现了双缝实验。

　　最新研究负责人里卡多·萨皮恩扎解释称，他们在实验中用到了氧化铟锡薄膜，在飞秒这样超快的时间尺度上，这种材料的反射率会被激光改变，为光创造出“狭缝”。

　　氧化铟锡薄膜是一种“超材料”，用于制造手机屏幕。“超材料”是自然界中没有且拥有特殊性质的人造材料。有些“超材料”能对光进行精细控制，而且，当与对光的空间控制相结合时，可以为研究黑洞等基本物理现象创造新技术甚至类似物，从而揭示物理学领域的很多基本问题。

　　原始双缝实验艺术图。图片来源：英国《自然》杂志网站　　英国科学家在3日出版的《自然·物理学》杂志上发表论文指出，他们借助一种能在飞秒（千万亿分之一秒）内改变特性的“超材料”，在时间而非空间维度重现了著名的双缝实验。最新实验揭示了更多光的基本性质，也为创造出能在空间和时间尺度上精细控制光的终极材料奠定了基础。　　1801年，英国科学家托马斯·杨进行了首个双缝实验，结果表明，光的“行为举止”与波类似。进一步的实验发现，光实际上既是粒子又是波（波粒二象性）。这些实验揭示了光的量子性质，还揭示了包括电子和中子等“粒子”的波粒二象性，对量子物理学产生了深远影响。在最新研究中，由帝国理工学院物理学家领导的团队借助一种在飞秒内改变特性的氧化铟锡薄膜，使用时间“狭缝”而非空间“狭缝”再现了双缝实验。　　最新研究负责人里卡多·萨皮恩扎解释称，他们在实验中用到了氧化铟锡薄膜，在飞秒这样超快的时间尺度上，这种材料的反射率会被激光改变，为光创造出“狭缝”。　　氧化铟锡薄膜是一种“超材料”，用于制造手机屏幕。“超材料”是自然界中没有且拥有特殊性质的人造材料。有些“超材料”能对光进行精细控制，而且，当与对光的空间控制相结合时，可以为研究黑洞等基本物理现象创造新技术甚至类似物，从而揭示物理学领域的很多基本问题。　　

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