涡的世界3:再探双缝干涉实验 这个光波铁证并不“铁” 托马斯•杨的双缝干涉实验被视为光波的一个铁证。现在,我们就用手里这个光子假设,看看能否寻出一些破绽出来。 在双缝干涉实验室里,只要一打开光源,穿过双缝的光就在屏上显示出明暗相间的条纹来。对于这些条纹,通常的解释是穿过双缝的光相互干涉所致。反复观察这个实验,一旦打开光源条纹就出现,一旦关闭光源条纹就消失,似乎也看不出什么破绽来…… 但是,等等,如果挡住一条缝会怎样呢?我们似乎看到了一丝转机。挡住左缝时,条纹的中心似乎右移了一点,亮纹也暗淡了一些,但亮纹间距似乎并没有什么变化;挡住右缝时也一样,条纹的中心只是左移了一点。这似乎表明:所谓的双缝干涉条纹,只是两个缝各自衍射条纹的一个叠加而已,并不存在什么所谓的“干涉”。这无疑是个重大突破! 这样一来,在双缝干涉实验上,我们在探究“明暗条纹”过程中,发现了一条新线索:“干涉”问题,为了不打乱我们的既定计划,先把这个线索记录下来,等将来有机会再沿着这条线索探究一番。 好了,我们还是回到“条纹”这条线索上来。在双缝实验中光源一打开,许许多多光子同时涌出,穿过双缝在屏上形成条纹。基于我们的光子假设,如果光源是一粒一粒的发出光子,那么在屏上应该是一个一个小亮点。反之,如果光是波,屏上就不会出现小亮点,而是暗一些的整个条纹才对。 换成单光子光源后,我们再观察屏幕,果然有新发现:亮点是一个一个出现在屏上,而不是弥散在屏幕上的整个暗淡的条纹。光分明就是个粒子! 然而,令人困惑的一幕很快就出现了:随着亮点的增加,逐渐显现出明暗条纹的轮廓来。明明原本是一个一个的杂乱无章的亮点,怎么组合在一起就成规则有序的明暗条纹了呢? 这个时候,我们需要冷静地思考,不要被“小亮点组成的明暗条纹”使出的这个障眼法所迷惑。我们反复审视整个实验过程,同时不断思考着:“光”明明是个粒子,穿过缝后运动路径怎么就杂乱无章了呢?我们的眼光聚焦在了双缝上,光子从光源出来到达屏幕的整个路径上,除了穿过双缝再无其他接触,那么,问题肯定就出在双缝上。 忽然间,一切豁然开朗:光子穿过双缝时,与缝的边沿发生相互作用,导致穿过缝后运动方向发生改变,进而在屏上形成杂乱无章的小亮点。至于杂乱无章的小亮点最终组成规则的明暗条纹,这应该跟光子的结构有关了。 现在,我们可以得出一个初步结论:双缝实验这个所谓的光波铁证并不“铁”。 #科普 #物理 #科学 #光子 #知识
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