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双缝干涉原理(双缝干涉百科简介)

时间:2023-11-22 06:15:45 阅读:495 作者:猎野之心

双缝干涉原理

200年前,科学家发现了双缝干涉现象,以光的波动原理对此进行了解释,开启了光学的波动学说研究。也就是说光的双缝干涉现象是作为光是波的有力证据之一而闻名于世的,后来,随着设备技术的进一步前进,人们能更理想的做双缝干涉实验了。比如,人们能做到一个光子(单个光子)的发射,而不再是之前的很多光子同时发射了。

之前的多光子同时穿过缝隙的试验,其实如果进行时间的细分,可以想象出,在极短的时间范围内,一般也是单个光子穿过缝隙,而很难是同时穿过缝隙的。光速如此之快,3亿个光子,在我们感觉的一瞬间,比如0.01秒,光速可以移动3千千米,这3亿个光子分布在3千千米的尺度内,假如这些光子在同一条直线上,平均间隔一厘米,这对于可见光的光子来说,一厘米是很大的距离,是光子波长的很多倍了。光子之间几乎就不会有什么相互作用或影响了,所谓的光子干涉也就子虚乌有了。

经过单个光子的多次发射,竟然还能得到同样的双缝干涉图纹,这确实太神奇了。这为量子力学的发展提供了广阔的想象空间,这其实也毫无疑问的显示,之前的从光的波动角度进行光的双缝干涉解释没有道理,只是歪打正着而已。

一个光子怎么会干涉呢?如此简单的疑问,人们也不愿意去想,只是从深奥的量子力学得到一个光子能同时分身从两个缝隙中穿过,然后再产生干涉。不幸的是,实验的进一步发展让人们进一步目瞪口呆,双峰干涉实验中,在发射光子之前,封闭一个缝隙,只留单缝,然后两个缝隙循环着封闭,竟然也能得到同样的双缝干涉图纹。这已经再明显不过了,从光的波动学说解释双缝干涉现象,完全是歪打正着。而实际的内涵不是如此的。但是,人们已经习惯了,被深奥的量子力学吓住了,再也不敢胡思乱想了。在如此明显的事实面前,依然不改初衷。

如果我们能了解光子的微观结构,也许就容易理解双缝干涉原理了。光子是由变化的磁场和变化的电场构成,光子的电场和磁场是相互转换的,任一瞬间,光子要么是一个电场,要么是一个磁场,或者同一瞬间光子既有磁场又有电场。双缝干涉其实就是从垂直于双缝中间连线区域发射的光子,以一定的较小倾斜角度来到缝隙中,光子与缝隙边缘的物质相碰,被改变了前进方向,最终在后面的屏幕上呈现出类似于干涉条纹的光线图纹。

因此,我们可以判断,长时间的堵住双缝中的一个,只用一个缝隙实验,也可以得到类似双缝干涉的图案。或者说,堵住其中的一个缝隙,得到一个图案后。后面的屏幕换成新的,再堵住另一个缝隙,打开之前被堵住的缝隙,得到一个图案,这两个图案合并后,应该也是完整的双缝干涉图案。

单缝干涉实验之所以与双缝干涉实验图案有区别,无非是单缝干涉实验的光源是正对着唯一的缝隙,大部分光子可以不被碰撞而穿过缝隙,只有少部分光子才与缝隙两边的物质碰撞,被改变方向,从而体现出干涉条纹。单缝干涉实验也是证明光是波的理由之一,实际上,单缝干涉实验也可以单个发射光子,长时间,发射多个光子后,应该也可以得到同样的单缝干涉条纹。

双缝干涉的光源应该在两个缝隙的中间连线上,都不是正对着缝隙的,这导致通过缝隙的光线与缝隙边缘碰撞的几率大增。结果就是双缝干涉图案了。因此,如果留出缝隙的挡板做的特别薄,挡板厚度明显小于光的波长,光子与挡板的缝隙边缘物质碰撞的概率就会下降许多,双缝干涉的图案也许就会有所改变。

光线照向前面的板子,板子在屏幕上可以呈现一个影子,为何在影子边缘没有出现类似的干涉条纹呢?原因很简单,板子的边缘部分虽然也可以与光子碰撞,光子依然会被改变方向,只是这些被改变方向的光子射向了明亮的地方,而影子里面并没有这些碰撞而改变方向的光子,人们自然是在影子边缘看不到这些碰撞的光子图案的。

双缝干涉原理(双缝干涉百科简介)-第1张

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