诡异双缝干涉

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通过中学物理学习我们知道,干涉和衍射是波的性质,什么是衍射?波可以绕过障碍物继续传播的现象叫做波的衍射。什么是干涉?频率相同的两列波叠加时,会产生加强和减弱现象叫做波的干涉。

经典波动理论可以很好的解释波的干涉和衍射现象,一直以来,科学家们对物质的波动性和粒子性区分很明确,认为实物粒子只有粒子性,波只有波动性,但对光是具有波动性还是粒子性一直争论不休,这个争论直到爱因斯坦斯坦提出的“光电效应方程”解决了光电效应问题才告一段落,现在我们认为是光具有波粒二象性(即光具有波动性和粒子性)。

看到爱因斯坦利用光电效应方程解决了光电效应问题,德国物理学家德布罗意提出“物质波”假设,他认为实物粒子也具有波动性,这在当时是颠覆人们认知的,最后他的这个假设被实验证实,并且由于这个假设获得诺贝尔物理学奖。

上面说了这么多,现在开始进入主题,科学家们通过电子的双缝干涉实验,观察到了明暗相间的干涉条纹,从而证实了电子具有波动性,即实物粒子具有波动性。

电子具有波动性,当电子通过双缝时,两个电子打在光屏上干涉加强,就在光屏上形成了亮条纹,如果干涉减弱,就形成干涉减弱的暗条纹。这是波动理论的解释,实验结果也是这样的。科学家们又想,如果让电子一个一个的释放,让它们一个一个的通过双缝,是否也会出现干涉条纹呢?根据波动理论是不会出现干涉条纹的,因为要出现干涉条纹必须要两个电子,但科学家们做实验的结果显示,确实出现了干涉条纹!这就奇了怪了,难道电子和自己干涉?或者电子同时通过双缝?

为此,科学家们改进实验,巧妙的获取电子的路径信息(标记电子,知道电子从哪个缝通过),但诡异的发现,只要知道电子从哪个缝通过,干涉现象就消失,但如果实验不知道电子从哪个缝通过,干涉现象出现,电子好像在玩躲猫猫的游戏。

实验结果使宏观世界的逻辑甚至因果律都颠覆了,感觉非常荒谬,微观领域的粒子行为从宏观角度看,往往就是不可思议,但从量子力学中不确定性原理可以隐约感到微观粒子的这一特性,根据不确定性原理,对于微观粒子的位置和动量是不可能同时确定的。单电子双缝干涉实验是不是也存在这样,不可能同时确定电子的路径信息和干涉信息,你知道路径信息(粒子性),电子就给你显示粒子性,你不知道路径信息,就给你显示干涉条纹(波动性),电子不会同时给你显示粒子性和波动性。

也许这是微观粒子的“固有属性“,这一特性可以让人类有无限遐想,如果突破对这一属性的研究,可能将对宇宙的起源、这个世界是什么样子的、我是谁、从哪里来、该去何方等等的这一类的哲学问题将会给出答案。

双缝干涉(一)

双缝干涉(二)

双缝干涉(三)

双缝干涉(四)

双缝干涉(五)

高中物理知识点总结

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