双缝实验1查看源代码讨论查看历史
| 双缝实验1 |
在量子力学里，双缝实验（double-slit experiment）是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。
简介
假若光束是由经典粒子组成，将光束照射于一条狭缝，通过狭缝后，冲击于探测屏，则在探射屏应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样。可是，假设实际进行这单缝实验，探测屏会显示出衍射图样，光束会被展开，狭缝越狭窄，则展开角度越大。在探测屏会显示出，在中央区域有一块比较明亮的光带，旁边衬托著两块比较暗淡的光带。类似地，假若光束是由经典粒子组成，将光束照射于两条相互平行的狭缝，则在探射屏应该会观察到两个单缝图样的总和。但实际并不是这样，在探射屏显示出一系列明亮条纹与暗淡条纹相间的图样。19世纪初，托马斯·杨发表了一篇论文，《物理光学的相关实验与计算》（Experiments and Calculations Relative to Physical Optics），详细阐述这些实验结果。由于亮度分布可以用波的相长干涉与相消干涉这两种干涉机制来解释，意味着光是一种振动波，这促使光波动说被广泛接受，也导致17、18世纪的主流理论——光微粒说——渐趋式微。但是后来20世纪初对于光电效应的理论突破演示出，在不同状况，光的物理行为可以解释为光是由粒子组成。这些貌似相互矛盾的发现，使得物理学家必须想办法超越经典力学，更仔细地将光的量子性质纳入考量。
评价
观察者可以决定是否装置探测器于光子的路径。从决定是否探测双缝实验的路径，他可以决定哪种性质成为物理实在。假若他选择不装置探测器，则干涉图样会成为物理实在；假若他选择装置探测器，则路径信息会成为物理实在。然而，更重要地，对于成为物理实在的世界里的任何特定元素，观察者不具有任何影响。具体而言，虽然他能够选择探测路径信息，他并无法改变光子通过的狭缝是左狭缝还是右狭缝，他只能从实验数据得知这结果。类似地，虽然他可以选择观察干涉图样，他并无法操控粒子会冲击到探测屏的哪个位置。两种结果都是完全随机的克里斯蒂安·惠更斯提出惠更斯原理表明，波前的每一点可以认为是产生球面次波的点波源，而以后任何时刻的波前则可看作是这些次波的包络，这是光波传播的基本原理，可以预测光波在介质中的传播。从光源释出一连串的光波，就好似浮在水面上的浮标，被重复地拉起来，放下去，制成了水波在水面传播。惠更斯想出一种预测波前位置的方法，如右图所示，绘制一组圆心包含于一个波前的同半径圆圈，它们的切线，经过连接与平滑后，形成一条连续的曲线，这就是预测的波前位置。依照这方法，可以展示出一个平面波波前或一个圆形波波前怎样持续延伸。将惠更斯原理加以数学论述，奥古斯丁·菲涅耳证明了光波动说与光在介质内以直线传播的射线行为相符合，不存在任何矛盾之处。菲涅耳又对于衍射与干涉现象，给出一个合理、完整的解释。[1]