还记得这个双缝干涉实验吗?我们曾经说过,1801年,托马斯·杨做了一个著名的双缝干涉实验,证明了光具有波的干涉现象。万万没有想到,这个实验在100多年后,却在物理学江湖掀起了轩然大波,由它引发的激烈辩论,一直到今天也没有停歇。著名物理学家费曼认为,双缝干涉实验中包含了量子力学的所有秘密。这到底是怎么回事呢?
水波通过一个小孔
首先,让我们来了解一下波的“衍射”和“干涉”现象。
不知道你有没有观察过水波通过一个小孔时会发生什么现象,如果你从来没有观察过的话,下次有机会可以仔细观察一下。你会发现,很有意思的是,水波在通过小孔后,又会形成新的水波,就好像那个小孔变成了一个新的波源一样。
这种现象就是波的“衍射”现象,所有的波都有这种现象。波还有另外一种现象,叫作“干涉”,这是两个波相遇的时候会发生的现象。
干涉现象(www.xing528.com)
你观察任何一列波,比如我们用绳子抖一个绳波出去,你就会观察到绳子上的某一个点在隆起和下降。我们把这个点上升到最高处的时候称作“波峰”;下降到最低处的时候,就叫作“波谷”。任何一列波,波峰和波谷总是在进行着周期性的变化。我们在水面上看到的那些波纹,实际上就是波峰的移动。
现在,请你想象一下,你和另外一个小朋友一人拿着绳子的一端,然后你们同时抖一下,分别抖出一个绳波。那么,这两个波会在绳子的中间相遇。此时,你会看到,波峰与波峰相遇的那个瞬间,波峰会变得更高;波峰与波谷相遇的瞬间,振动就会互相抵消。这种现象我们称为波的“干涉”现象。
现在,我们回到托马斯·杨做的那个双缝干涉实验。这个实验简单一点儿描述就是:在一块板上开两条平行的狭缝,距离很近,然后用一个单色点光源照射。光穿过了两道狭缝以后,后面的屏幕上就会出现许多明暗相间的条纹。它的原理就是,光波在通过双缝之后,就相当于从一个波源变成了两个波源,于是两个波源发出来的波就会发生干涉现象。波峰相遇就变得更明亮,波峰与波谷相遇就会变暗,从而在后面的屏幕上形成了明暗相间的条纹。
绳子的两个波峰相遇
绳子的波峰与波谷相遇
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