我们在学习量子力学的时候,经常会进行实验来回答自己的问题。在这些实验中,有一个实验叫双缝实验,是最典型的利用演示光子等微观粒子的实验。实际上,双缝实验是粒子可以通过两条路径或其中一条路径,然后返回终点的实验。
在双缝实验中,我们可以用光代替粒子,照射一条很细的狭缝,将光导向探测器,那么探测器就会感知并写出狭缝的大小和形状。如果使用单个间隙。探测器也会显示,但只显示缝隙的形状,因为光会被扩大。
一般来说,间隙越小,光束扩展的方向越大。因为在纸上,光线会特别亮,以至于旁边的光线会更暗。所以我们假设光被变成了粒子,粒子穿过两条永远不相交的直缝。旁边的测量员会显示两个缺口的图案是真的吗?
这种想法是错误的。在勘测者的屏幕上,我们可以看到不止一个光带,这个显示器显示了无数个光带明暗交替的规则图案。这个实验表明光也是一种振动波。但是后来有一句关于光电效应的言论。这个实验表明光是由粒子组成的。
这些实验看起来都是互相矛盾的,所以物理研究者需要把光的量子特性考虑进去,而上面提到的双缝实验已经成为光和粒子的经典实验。因为双缝实验可以为所有实验结果提供可靠的基础理论。
光传播的基本原理和水波的性质非常相似。就像往水里扔一块石头,水波从中心散开。在双缝实验中,我们在显示器上看到的清晰条纹是由光的特性造成的。因为光的波长互相增加,所以有明亮的波纹,而黑暗的纹理是由于光波的抵消造成的。
双缝实验是所有光学实验的基础实验,所以很多实验都是由双缝实验演化而来,或者在各种基础上加工而成。首先是单个粒子的干涉现象。当我们用单粒子发射器做双缝实验时,会发现发射器和屏幕上最多只会出现一个粒子,也就是说,只有一个粒子会通过双缝。
二是探索路径信息的实验。当我们在探测器上观察粒子的时候,会注意到光是从那个缝隙里出来的,然后就可以知道粒子的路径信息,但是这种获取的代价是干涉波纹会消失。后来研究人员发现,只读取部分信息,既能获取信息,又能维持干涉波纹的存在。