双缝干涉实验公式

双缝干涉公式：

△x=Lλ/d，缝干涉的公式中的Δx、d、L和λ的单位都是米（m）。

公式中的Δx是相邻两条亮（暗）纹间隔，d是双缝间距，L是双缝到屏的距离，λ是单色光的波长。

距离的单位统一用米作为国际单位。

将像激光一类的相干光束照射于一块刻有两条狭缝的不透明板，通过狭缝的光束，会抵达照相胶片或某种探测屏，从记录于照相胶片或某种探测屏的辐照度数据，可以分析光的物理性质。

光的波动性使得通过两条狭缝的光束相互干涉，形成了显示于探测屏的明亮条纹和暗淡条纹相间的图样，明亮条纹是相长干涉区域，暗淡条纹是相消干涉区域，这就是双缝实验著名的干涉图样。

扩展资料

光波动说和光微粒说

以光波动说来解释光的干涉，光波的两个波前同时地从两个狭缝以同心圆图案传播出去。在探测屏的任意位置，两个光波的叠加，决定了那位置被观测到的强度。

在探测屏上观察到的明亮的条纹，是由两个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。

以光微粒说来解释，光子的量子行为可以用概率波来描述，概率波的两个波前同时地从两个狭缝以同心圆图案传播出去。在探测屏的任意位置，两个概率波的叠加，决定了光子会移动到那位置的概率密度。

更详细地说，两个概率波的概率幅相加后，取绝对值平方，就是在那位置找到光子的概率密度。经过累积许多光子后，可以在探测屏观察到一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。

参考资料来源：百度百科—双缝

参考资料来源：百度百科—双缝干涉

我们在高中的时候曾经学过一个实验，名字叫做双缝实验，我们准备一个蜡烛，在蜡烛后面放置一块只有一条长缝隙的挡板，然后在后面放置一块有两条长缝隙的挡板，最后再放置一块黑色屏幕，屏幕上会产生明暗条纹。

这个实验是托马斯·杨所提出来的，他证实了光纤通过平行且距离很小的两个小孔，通过两小孔频率相同的光会发生互相影响投射出明暗相间的图案，第一个挡板的作用是让蜡烛发出的光先衍射，变成一束稳定的相干光源，这样可以排除干扰，能更清晰地观察到试验结果，第二块挡板的作用是让相干光变成同样的两列光源，这两列光源发生干涉，相位相同效果就加强，相位有差就抵消。

在这个实验中托马斯·杨提出了干涉这个名词，杨氏双缝实验也被称为光的干涉现象。

这个实验在当时造成了极大的轰动，最终导致托马斯·杨被学术界封杀，转而研究历史，因为在当时，牛顿的微粒说占据了学术界主流，被科学家奉为圣经。

什么是微粒说呢？牛顿在法国数学家皮埃尔·伽森荻提出的物体是由大量坚硬粒子组成的基础上，根据光的直线传播规律、光的偏振现象，最终于 1675 年提出假设，认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀媒质中以一定的速度传播。微粒说由此产生。

但是托马斯·杨的实验却证实了光的波动理论，光的波动说认为光是以波的形式在运动。微粒说和波动说在此后的数百年时间里一直在争论不休。

20世纪初，随着科学家对世界的研究从宏观到微观，德布罗意在 1924 年提出了“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象。

1927 年，C J 戴维孙和 L H 革末在观察镍单晶表面对能量为 100 电子伏的电子束进行散射时，发现了散射束强度随空间分布的不连续性，即晶体对电子的衍射现象。几乎与此同时，G P 汤姆孙和A里德用能量为2万电子伏的电子束透过多晶薄膜做实验时，也观察到衍射图样。电子衍射的发现证实了 L V 德布罗意提出的电子具有波动性的设想，从而证实了一切物质都具有波粒二象性。

这个时候双缝实验也从宏观变成了微观，变成了电子双缝实验，可以说直接颠覆了整个世界的认知。

我来和大家梳理一下背景，双缝实验是指光通过木板的狭缝从而射在屏幕上，而深入到微观领域，那就变成了电子双缝实验，光子是以波的形式运动，由于存在干涉，穿过双缝后会出现一道道痕迹。（电子和光子都属于基本粒子）

但即使是一个个光子发射，也同样会发生干涉现象，条纹清晰地出现在屏幕上，这究竟是发生了什么事情。

哥本哈根解学派掌门人玻尔的解释是：“我们无需去关心它“本来”是什么，也无需担心大自然“本来”是什么，我只关心我们能“观测”到大自然是什么。电子又是粒子又是波，但每次我们观察它，它只展现出其中一面，这里的关键是我们“如何”观察它，而不是它“究竟”是什么。”

这段话的意思就是：它既是一个粒子，同时也是一个波！你观察的角度不同，那么你看到的东西也就不同。。

但是爱因斯坦却表示了反对态度，单个电子怎么可能通过两条缝隙，难道电子会分身术吗？因为两条缝隙的距离虽然非常小（10∧-9米），但是对于电子来说，这个距离是电子身高的270亿倍。

后来科学家发现，单个光子并没有同时穿过双缝，而是只通过了其中一个缝，这表明此时的电子是以粒子的形态穿过去的，粒子一颗一颗打在屏幕上形成一条长光纹。那么光子究竟是怎么样做到的！这个问题不断困扰着所有人！

如果我们根据电子的速度，当确定它已经通过双缝之后，迅速的在后面的板上放上摄像机，会出现什么情况？

结果是当我们在确定电子已经通过双缝后，迅速的在后面的板上放上摄像机的结果是—没有干涉条纹，无论实验人员如何努力，干涉条纹都不再出现！

反之亦然，如果迅速的拿掉摄像机，又会出现干涉条纹，即便我们在决定拿掉摄像机的时候，电子已经通过了双缝！

究竟是摄像机，影响了电子的行为，还是人类的意识，影响了电子的行为呢？也或者真的是有造物主的存在，它设定好了一个既定的运行法则，不允许任何人窥探，也不容任何人打破，而人类的想法一旦产生，过去就会发生改变，从而修正最终的结果！

后来约翰·惠勒提出了一个相当令人吃惊的构想，也就是所谓的“延迟双缝干涉实验”，延迟实验的原理相当于把探测器移到了挡板和屏幕之间，让粒子先做出选择然后再观察。

要知道，它们在数百万年就已经出发，它们的旅程早已在出发前就已经被决定，也就说，当人类决定观察它们的时候，它们在数百万年前决定好的旅程路线就发生了变化！

这种诡异的现象仿佛光子是有生命的，被人发现了就变成粒子态，没被发现就偷偷变成波态，完全颠覆了认知。

目前来说，还没有哪个科学家能够对此作出完美的解释，惠勒后来引玻尔的话说，“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”，我们是在光子上路之前还是途中来做出决定，这在量子实验中是没有区别的。历史不是确定和实在的——除非它已经被记录下来。更精确地说，光子在通过第一块透镜到我们插入第二块透镜这之间“到底”在哪里，是个什么，是一个无意义的问题，我们没有权利去谈论它，它不是一个“客观真实”！惠勒用那幅著名的“龙图”来说明这一点，龙的头和尾巴（输入输出）都是确定的清晰的，但它的身体（路径）却是一团迷雾，没有人可以说清。

然而惠勒的解释依然没有拨开这个实验所笼罩的迷雾，宇宙还存在着太多的未知等待着我们去探寻谜底。

有人不断的在网上嚷嚷，双缝干涉实验的结果让科学家感到恐怖。这种说法实在有些夸张和故弄玄虚，双缝实验反映出来的现象，实际上涉及了量子力学里面最基本的问题，成为量子力学立论之本。量子力学的许多重要理论都是由这个实验引发出来的，如不确定性原理、量子纠缠、平行宇宙、薛定谔的猫、波函数坍塌等等。

但这一切都源于科学家们几百年来孜孜以求探索“光”的奥秘，从而引领人们看到了一个不同的世界，催化出再次改变世界的量子力学。这个过程漫长而卓绝，今天我们就一起来捋一捋，看看能从中得到什么启示。

伽利略启动了对光的研究。

我们谁都知道，光给世界带来光明，没有光，就看不到一切，也就没有我们的世界。但自古以来，人们对光并没有引起重视，因为光从来就有，是一种永远存在自生自灭的玩意，这种不需吹灰之力就得到的东西，根本不会引起注意。一直到现代实验科学的祖师爷伽利略开始对光速产生了好奇心，并展开了对光速的测量，光的某些性质才开始引起了人们的重视。

伽利略的测量方法很原始，他和徒弟分别站在相距1英里的两个山头，各拿着一个灯笼，用秒表计算各自举灯的间隔时间。他试图这种简陋的方式，测量出每秒30万千米的光速，当然是徒劳的，无功而返。但他坚定的认为光是具有速度的，只不过极快而已。

伽利略虽然没有的到光速值，但启动了世人对光速的好奇心，一代代科学家不断改进测量光速的方法，终于在上世纪八十年代，最终确定了精准的光速值，即光速c=299792458m/s（米/秒）。人们从光速测量开始，不但对光速开始感兴趣，而且对光的性质也开始了探索。

关于光到底是什么的探索。

最早对光的性质提出假设的是法国哲学家、数学家、科学家勒内·笛卡尔，他在1637年发表的《正确思维和发现科学真理的方法论》（简称方法论）一书中，提出了光的两种假设，一种认为光是类似于微粒的一种物质，另一种认为光是一种以“以太”为媒介的压力。他没有明确说光是一种波，却为未来光的粒子说和波动说之争埋下了伏笔。

1655年，意大利波伦亚大学数学教授格里马第发现了光的衍射现象，由此推想光可能是与水波类似的流体。他通过小孔成像实验，进一步得出了光是一种能够以波浪式运动的流体。事实上他已经通过两个小孔实验得到了光的干涉条纹，但并没有认识到这是光的双缝干涉现象，只认为是光的波动，可以认为，他是光的波动说最早倡导者。

1663年，英国科学家波义耳发现了颜色不是物体本身的性质，而是光照射的效果，他首次记载了光照射肥皂泡和玻璃球留下的彩色条纹，进一步支持了格里马第的说法；不久后，英国物理学家胡克重复了格里马第的试验，并通过对肥皂泡的观察提出了“光是以太的一种纵向波”的假设，认为光的颜色是由其频率决定的。

1672年，牛顿发表了《关于光和色的新理论》论文，描述了他做的光色散试验：他把太阳光通过一个孔照射到暗室里的棱镜上，在对面墙壁上会得到一个彩色光谱。他认为复合的白光就像不同颜色的微粒混合在一起，通过棱镜的分解把这些微粒分开。由此他建立了光的微粒说，认为光是由不同颜色的微粒组成。

光的波动说和粒子说之争。

波义耳、胡克等发现了光的颜色，似乎成为引发光的波动说和粒子说之争的导火索，从此这个争论进行了200年。

1672年，由胡克和波义耳等组成的英国皇家学会评议委员会，对牛顿提交的《关于光和色的新理论》论文予以了否定。而这个委员会的主席就是胡克，这激起了牛顿的争论之心，他开始并没有完全否定波动说，也并不偏执于粒子说，但从此开始了对波动说的反驳。

1675年牛顿在《说明在我的几篇论文中所谈到的光的性质的一个假说》文章中，再次重申了他微粒说，对胡克的波动说进行了反驳。但此时两方面都还没有形成完整的理论，论战并没有完全展开。

后来，荷兰著名天文学家、物理学家和数学家惠更斯加入了争论。惠更斯在担任巴黎科学院院士期间，曾到英国旅行并与牛顿会见，他们交流了对光本质的看法，两位大师彼此欣赏。但惠更斯回到巴黎后，重复并研究了牛顿的光学实验，也仔细研究了格里马第实验，认为其中有许多现象都是微粒说无法解释的，因此他最终支持了胡克的波动说，由此与牛顿产生了分歧。

1678年，惠更斯向巴黎科学院提交了《光轮》的论著，系统的阐述了光的波动理论，成为波动说完整理论的提出者。同年，他发表了反对微粒说的演讲。他认为，光是一种机械波，光波是依靠物质载体传播的纵向波，传播媒介就是“以太”。他根据这一理论，证明了光的反射定律、折射定律，并且较完美的揭示了光的衍射、双折射现象，还有著名的“牛顿环”实验。

1990年，惠更斯的《光论》正式出版，惠更斯对波动说的宣传一直没有停止，他说，如果光是由粒子组成，在传播过程中就会相互碰撞，一定会导致光的传播方向改变，事实并没有这样。而牛顿进行了针锋相对的反驳，他提出了两个论点：一是光如果是波，就会同声波一样绕过障碍物，不会产生影子；二是波动说无法解释冰洲石的双折射现象。另外牛顿还把物质的微粒观推广到整个自然界，并与自己的质点力学体系融为一体，强化了微粒说的地位。

牛顿在反驳波动说过程中，也逐步建立起完整的微粒说，这些观点，集中体现在了他的光学著作《光学》中，这部著作在1704年出版，此时惠更斯和胡克都已经去世，波动说无人应战，牛顿从此成了一家独大。随着他威望地位不断提升，人们开始对他只有膜拜仰视，坚信他的结论而不敢质疑，由此牛顿微粒说在整个18世纪占有绝对统治地位。

光电效应的发现让人们对光的性质认识发生突破。

牛顿无以伦比的学术地位，让他创立的粒子理论在一百多年里无人敢于挑战，惠更斯、胡克等的波动理论渐渐被淡忘。这种状态一直延续到十九世纪初期，英国医生、物理学家托马斯·杨的双缝实验，像一颗石子掉进平静的水面，让被忘却的波动说又泛起了涟漪。

托马斯是个奇人，涉猎广泛，在力学、数学、光学、声学、语言学、动物学、考古学等方面都有很高造诣，而且还很会享受生活，对艺术、美术都有浓厚兴趣，能够演奏所有乐器，还擅长骑马，能够杂耍走钢丝。

托马斯的双缝实验，从光源传播出来相干光速，照射在一块刻有两条狭缝的不透明挡板，在挡板的后面摆放着摄影胶片或某种侦测屏，得到的是黑白相间的条纹，显示出的是光束干涉图样，符合衍射光波遵循的叠加原理，是牛顿光微粒说无法解释的一种波动行为，确切的证实了光的波动性。

但托马斯的这些实验看似石破天惊，但并没有引起物理学界的足够重视，也没有彻底解决微粒说与波动说的矛盾和争论。这时候电磁学已经风生水起，涅菲尔、麦克斯韦、赫兹等一批光学、电磁学大佬横空出世，担当起了理论突破的重任。

奥古斯汀·让·涅菲尔用新的定量形式建立了惠更斯--菲涅尔原理，完善了光的衍射理论；詹姆斯·麦克斯韦预言了电磁波的存在，提出麦克斯韦方程组，并计算出电磁波波速等于光速，由此提出了光波就是电磁波的猜想；赫兹则实实在在的发现证明了电磁波的存在，并通过实验确认了电磁波是横波，具有与光类似的特性，如反射、折射、衍射等，并提出了光电效应。

人类对光的认识越来越接近本质，人们通过对光电研究，量子理论已经呼之欲出了！

爱因斯坦石破天惊，确立了光的波粒二象性。

爱因斯坦相对论已经是现代物理学的最重要基石，让人们津津乐道，但很多人并不知道他还有一个重大贡献，就是“光电效应定律”的发现，这个理论在他的论文《关于光的产生和转化的一个推测性观点》中阐述出来，由此他获得了1921年诺贝尔物理学奖。

这篇发表于1905年的论文，提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。几百年争论各执一词，原来都对都不对，原来光既有粒子性又有波动性，早知道把这两种理论合在一起不就皆大欢喜了。

事情当然没有那么简单，并不是爱因斯坦捡了便宜，而是他在前人实验基础上，通过严密的数理逻辑，论证了光量子的运动规律，提出了“爱因斯坦光电效应方程”，证明了光子能量等于频率乘以普朗克常数，提出光子的动量与波长的关系式p=h/λ。

在此基础上，他很快创立了更加石破天惊的狭义相对论。

1924年，德布罗意提出了“物质波”的假设，认为一切物质都具有光一样的波粒二象性性质，因此电子也会具有干涉和衍射等波动现象。他把爱因斯坦的光子动量与波长关系式推广到一切微观粒子，认为具有质量m和速度v的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克常量h跟粒子动量mv的比，即λ= h/（mv）。后来的电子衍射实验证实了他的猜测。

至此，一切越来越明朗，但随之诡异出现了。

既然光子和一切微观粒子具有波粒二象性，那么所谓的双缝实验又被人们捡了起来，开始了更加细密的观测，随着观测手段的不断提升，一系列诡异现象出现了。由此得到的各种实验得到的结果是：

1、干涉现象并不限于光子、电子、质子、中子等基本粒子，任何粒子，都会产生干涉现象，甚至一些大分子结构，如富勒烯也会产生类似干涉现象。

2、单独发射的单个电子也会产生干涉现象，表明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。

3、用探测仪器观测光子从哪一条缝经过，获得光子路径信息，会导致干涉消失，光子不再呈现出波的状态，而是以粒子形态留在背景屏。

4、量子擦除和延时实验结论是，探测光子路径信息会消除背景屏的干涉光栅，如果擦除路径信息，干涉光栅又会恢复。

5、两个相互纠缠的光子远距离分开后，观测A光子的路径信息，会即时影响B光子的行为，干涉图样消失；同理，观测B也会影响到A。

这种双缝实验的观测一直研究了整整一个世纪，催生出量子力学的哥本哈根诠释，又引起了近一个世纪的争论。这次争论是量子力学创始人爱因斯坦、薛定谔等，与同样是量子力学大师的波尔、海森堡、玻恩、海森伯、泡利等哥本哈根派之争。

哥本哈根诠释和薛定谔的猫。

哥本哈根诠释就是波尔、海森堡等在哥本哈根大学创立的学派，对量子微观世界一些诡异现象的一些解释，这些解释包括量子波粒二象性、不确定性原理、波函数描述原理等。就是量子总是表现出波和粒子的两种状态的叠加态，人类无法同时知道微观粒子的动量和位置，测量动作会导致叠加态波函数坍塌，原本的量子叠加态态会概率地坍缩成允许测量的某种量子态。

这些理论我们都可以从上述双缝实验结果中窥视一斑，是微观世界真实诡异般存在的现象，似乎哥本哈根诠释并没有错。但爱因斯坦和薛定谔同样是量子力学大师，却表现出不同的看法。他们认为这个诠释只是量子世界一些表面现象，因此量子理论是不完备的，这个里面应该含有我们没有发现的规律机制，也就是所谓“完备局域隐变量”，只要找到这个就能够掌握量子运动规律。

薛定谔为了批驳哥本哈根诠释的不确定性原理和波函数坍塌理论，弄了个“猫”思维实验，就是著名的“薛定谔的猫”。这个实验是假设一只被关在密闭盒子里的猫，随时可能被释放出来毒要杀死。一种放射性元素控制着一个开关，只要这个放射性元素衰变就会触发开关，释放毒药将猫杀死。放射性元素衰变是随机的，谁也不知道它什么时候衰变，因此在没有打开盒子前，谁也不知道这只猫的生死，只有打开盒子那一瞬间，人们才可以看到这只猫是生是死。

这下就好玩了。薛定谔代表的经典可控派认为，猫的生死早就在没有打开盒子前就决定了，打开盒子只是知道了猫是生是死，并不是决定了它的生死；哥本哈根派则认为，没有打开盒子前，猫永远处于生和死的叠加态，可能生也可能死，是打开盒子观测才决定了它最终的生死，也就是叠加态坍缩成本征态。

最终，这个争论以贝尔不等式实验证明了所谓“完备局域隐变量理论”不存在，哥本哈根诠释胜出，从此被科学界主流奉为正统理论。“薛定谔的猫”是薛定谔想用这样一个思想实验，把微观世界不确定性原理变成宏观世界不确定性原理，在宏观世界，这只“猫”当然是违背逻辑的，但微观世界的确有其特殊规律，量子力学正是揭示了这些特殊规律，才使人类对世界的认识有了颠覆性突破。

综上所述，双缝干涉实验在量子力学的发展过程中，起着重要关键的纽带联系作用。这让我想起了古希腊哲学家、数学家、物理学家阿基米德一句话：给我一个支点，我就能够撬动地球。几千年过去了，人类并没有找到这个支点。但双缝实验特别像给了量子力学一个支点，让人类发现了完全不一样的世界。

所以，双缝实验并不恐怖，只有窥探世界最隐秘深处谜底的窃喜，大自然最深处的秘密每发现一点，就能够为人类带来更多的幸福。量子力学的研究还仅仅是起步，还有许多需要深入探索的谜底，那么这个世界到底是爱因斯坦说的“上帝不会掷骰子”，还是波尔、海森堡等描述的“上帝真的在掷骰子”呢？要知道谜底，还需耐心拭目以待。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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