【摘要】:费曼的电子双缝干涉实验,其灵感来自光的双缝实验。物理学家最早证明光的波性主要就是通过光的双缝干涉实验来达成的,这个实验最初由托马斯·杨在1801年提出。当托马斯·杨在进行这个光的双缝实验时,他观察到了光通过双缝后的确会产生干涉条纹,因此认为光是一种波。
电子的衍射实验虽然证实了电子的波动性质,但要让人们清楚地认识到电子并非像一颗小弹珠一样的粒子,需要有一个更直观的实验来展示。因此,费曼在他的《物理学讲义》里提出了一个简单的假想实验(thought experiment),那就是电子的双缝干涉实验。
费曼的电子双缝干涉实验,其灵感来自光的双缝实验。物理学家最早证明光的波性主要就是通过光的双缝干涉实验来达成的,这个实验最初由托马斯·杨(Thomas Young)在1801年提出。这个实验的设计很简单:让一束光通过一个有两个小缝的隔板,然后投射到隔板后面的屏幕上。通过观察屏幕上的结果就可以判断出光是粒子还是波。
这个双缝干涉实验的实验原理是怎样的呢?如果光是一颗一颗单独的粒子(像一颗钢珠一样),当一束光子在通过一条缝时,它只会在屏幕上出现一条明亮的线。如果另外一束光子通过另外一条缝,它也会在缝的后面的位置出现一条亮线。因此,当这种光子通过双缝时,它只能在双缝后面的屏幕留下两条亮线[见图5.7(a)]。
图5.7(a) 用像一颗颗钢珠一样的粒子进行双缝实验会得到两条亮线(www.daowen.com)
根据托马斯·杨设计的双缝干涉实验,如果光是像一颗颗钢珠那样的粒子,它们不会发生干涉,因此在探测屏幕上只会有两条亮线。
但如果光是一种波的话,它就会出现一种干涉现象[见图5.7(b)],屏幕上会出现一系列亮和暗交替的带状图案,这就是所谓“干涉条纹”(光的干涉原理请看下文附录)。当托马斯·杨在进行这个光的双缝实验时,他观察到了光通过双缝后的确会产生干涉条纹,因此认为光是一种波。
图5.7(b) 用光波进行双缝实验会得到干涉条纹
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