杨氏双缝干涉实验是分波阵面法双光束干涉吗

杨氏双缝干涉实验是分波阵面法双光束干涉吗,第1张

对!千真万确,确实如此!

不是这只是近似的、当成理想的情况看待而已。

杨氏双缝干涉实验,是在缝很窄时,把双缝近似地

当成两个相干波源,发出相干波,双波阵面的干涉。

具体详述如下。

1、缝

slit

,越宽,通过的光通量越大,干涉条纹,就越亮;

也就是说,缝的宽窄,决定了干涉条纹的亮度

brightness、

intensity、strength。

2、衍射

diffraction,就是干涉

interference。

区别在于:

讲干涉时,一般是讲两条光线或两个波的

相长

constructive

跟相消

distructive

的现象;

而衍射,是无数的波源

sources

的波的相长相消。

3、如果缝变宽了,缝所在之处,根据惠更斯原理

(Huygens'

principle),就增加了更多的波源,

每个波源都发出相干光,或相干波(coherence)。

结果会使得屏幕(screen)上得到的衍射条纹变得

模糊不清(blur-blur)。Fringe(亮纹区域,或暗纹

区域)就不明显。

结论:

A、缝越窄,干涉条纹越明显,但亮度不够;

缝很窄时,近似地认为是两个相干的点波源

发出的相干波的干涉。

B、缝越宽,干涉条纹越模糊,越来越光亮一片,

条纹将通通消失。

欢迎追问,有问必答,中英文皆可。

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。

条纹形状:与双缝平行的一组明暗相间彼此等间距的直条纹,上,下对称。

对于该实验,首先量子力学认为,光是由一份一份的光量子组成,每份的能量大小为E=hυ,其中h为普朗克常数,υ为光子的频率。

束单色光穿过狭窄的单缝后再次穿过双缝,就会在双缝后面的屏幕上产生干涉条纹,该实验的神秘之处在于,如果一个一个地发射光子,也能得到干涉条纹,甚至把光子换成电子,甚至是分子,也能得到干涉条纹。

扩展资料:

注意事项:

平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上,狭缝相距很近,平行光的光波会同时传到狭缝,它们就成了两个振动情况总是相同的波源称为相干波源,它们发出的光在档板后面的空间相互叠加,就发生了干涉现象。

当单色光经过双缝后,在屏上产生了明暗相间的干涉条纹。当屏上某处与两个狭缝的路程差是半波长的偶数倍时,则两列波的波峰叠加,波谷与波谷叠加,形成亮条纹。当屏上某处与两个狭缝的路程差是半个波长的奇数倍时,在这些地方波峰跟波谷相互叠加,光波的振幅互相抵消,出现暗条纹。

参考资料来源:百度百科-双缝实验

参考资料来源:百度百科-双缝干涉

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