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你以为光只会走直线?拿激光笔对准一条细缝照过去,你猜屏幕上会出现什么?一条红线?错了。你会看到一幅让人头皮发麻的画面:明暗相间的条纹,像斑马线一样整整齐齐排在那里。中间最亮的那条,宽度正好是旁边的两倍。这就是单缝衍射。 问题是,光为什么要这么走?它怎么知道该在哪变亮、在哪变暗?爱因斯坦被这个问题折磨了一辈子,到死都没想明白。全世界最聪明的人吵了三百年,直到费曼提出了一个被称为“上帝视角”的理论,才终于揭开谜底。今天,我就带你看看光究竟是怎么思考的。 先做个最简单的实验。一束红色激光,对准一条极细的狭缝,后面放块屏幕。你以为会看到一条细线,结果却是明暗相间的条纹。拿探测器从左扫到右,测每个位置的亮度,你会得到一条非常有特点的曲线:中间一个又高又胖的大山峰,两边是一串逐渐变矮的小山包。 光为什么要这么玩?传统的解释是波动理论:光是一种波,通过狭缝时发生衍射,波峰波谷互相干涉,加强的地方变亮,抵消的地方变暗。这个解释没毛病,但它回答不了更深的问题:光子明明是粒子,为什么表现出波的特性?一个光子通过狭缝时,它在跟谁干涉? 要回答这个问题,我们需要换一个完全不同的视角。不是传统的波动理论,而是物理学史上的天才理查德·费曼发明的路径积分方法。 这套方法的核心思想简单到没上过学的人都能听懂:一个光子从A点出发到达B点,它不是只走一条路,而是同时走了所有可能的路。然后把所有路径的贡献用一种特殊方式加起来,就能算出光子出现在某个位置的概率。 听起来像胡说八道?别急,我们一步步来。 首先,在量子世界里,我们不问光子走了哪条路,而是问光子从A发射出去,在B被探测到的概率是多少。按照费曼的思路,要回答这个问题,你必须考虑光子从A到B的每一条可能路径。不管这条路有多荒谬、绕了多少弯,都得算进去。 那具体怎么算?费曼发明了一个绝妙的可视化工具:给每条路径配一个时钟。这个时钟只有一根时针,转动的频率正好等于光的频率。光子沿着某条路径走,这根时针就一直转。等光子到达B点时,时针停在某个方向。不同路径长度不一样,走的时间就不一样,所以时针最终停的方向也不一样。 然后是最关键的一步:把所有时针首尾相连,接成一条链。最后从第一个箭头的尾巴画一条线到最后一个箭头的头,这条线就是总箭头。这个总箭头长度的平方,就正比于光子到达这个位置的概率。 听着抽象?举个例子。假设有三条路径,每条路径对
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