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一分钟内的物 理:双缝实验

物理学中最著名的实验之一是双缝实验。它以无与伦比的奇怪性证明了,很少的物质粒子在它们周围有波动,并暗示观察粒子的行为对其行为产生了戏剧性的影响。

首先,想象一下其中有两个缝隙的墙。你在墙上扔网球。有些会从墙上弹开,但有些会穿过缝隙。如果在第一面后面还有另一面墙,穿过缝隙的网球将撞到第二堵墙。如果你标记了一个球击中第二堵墙的所有位置,你会看到什么?两条标记的形状与狭缝大致相同,那就对了。

你从粒子获得的图案。

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理:双缝实验

现在,想象一下在具有两个狭缝(其中狭缝之间的距离与光的波长大致相同)的墙壁上发出的光(单色,即单一波长)。在下图中,乌市房产公园尚景,我们从顶部显示了光波和墙。蓝线代表波峰。当波通过两个狭缝时,它实际上会分裂为两个新波,每个新波都从一个狭缝中散开。然后,这两个波相互干扰。在某些波峰与波谷处相遇的地方,它们会互相抵消。而在一个波峰到达另一个波峰(即图中蓝色曲线交叉处)的地方,它们将相互增强。波浪互相增强的地方发出最亮的光。当光线遇到第二个墙时,你会看到一个条纹图案,干扰模式。明亮的条纹来自彼此增强的波浪。

干涉图样。

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理:双缝实验

这是真实干扰模式的图片。条纹更多,因为图片比我们的图表捕获更多细节。(为了正确起见,我们应该说图像还显示了衍射图样,你可以从一个狭缝中得到该衍射图样,但是我们在这里不再赘述,也不需要考虑它。)

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理:双缝实验

现在让我们进入量子领域。想象一下,通过两个狭缝在墙壁上发射电子,但是暂时阻止了其中一个狭缝。你会发现一些电子将像网球一样穿过开口的缝隙并撞击到第二堵墙:它们到达的斑点形成了与缝隙大致相同的条形。

现在打开第二个缝。你可能希望在第二堵墙上看到有两个矩形条,就像网球一样,但是你实际看到的却大不相同:电子撞击的斑点会聚在一起,以复制波浪的干涉图案。

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理:双缝实验

这是一个真正的电子双缝实验的图像。单独的图片显示了随着越来越多的电子被发射,你在第二堵墙上得到的图案。结果是条纹干涉图案。

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理:双缝实验

怎么会这样?

一种可能是电子以某种方式相互干扰,因此它们不会到达一个单独的地方。但是,即使你一个一个的发射电子,干涉图样仍会保留,因此它们不会产生干涉的机会。奇怪的是,每个单独的电子在一个整体图案中贡献了一个点,该整体图案看起来像波的干涉图案。

难道每个电子都以某种方式分裂,一次穿过两个缝隙,相互干扰,然后重新结合成一个单个的局部粒子到达第二堵墙?

为了找出答案,你可以在狭缝附近放置一个检测器,以查看电子穿过哪个狭缝。那真的是很奇怪。如果这样做,检测器屏幕上的图案将变成两条带的粒子图案,公元尚景,如上图所示!干扰图案消失。不知何故,这种情况确保了电子像行为正常的小网球一样运动。好像它们知道自己在被监视一样,决定不参与执行怪异的量子恶作剧的行为。

实验告诉我们什么?这表明我们所谓的“粒子”(例如电子)以某种方式将粒子的特征和波的特征结合在一起。那就是著名的量子力学的波粒二象性。这也表明观察,测量量子系统的行为对系统有深远的影响。确切如何发生的问题构成了量子力学的测量问题。

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