双缝干涉实验原理解说,双缝干涉实验规律

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-06 13:53:34

Fig.4 第五届索尔维会议合照

这个派别从第五届索尔维会议的座次就可见一二,波尔被波恩、海森堡等人围在中心,爱因斯坦则坐在这个圈子之外。

这个诠释说的是,量子力学中粒子的波函数没有任何的实际意义。有意义的是波函数的模平方,指的是粒子在概率分布。也就是根本哈根诠释完完全全地摒弃了经典物理的概念,甚至连粒子的实体意义都摒弃了,取而代之的是概率分布。而所有我们熟悉的粒子实体概念只有在所谓测量发生的那一刻才因为概率的坍缩而产生意义。

很多人对量子力学神乎其神的描述,其实都是借用了一些量子力学的概念,但是又没有完全使用与之对应的哥本哈根诠释,你如果想要完全理解现代量子力学,我要给你的第一个建议就是不要再执着于给粒子的行为一个实体化的图像,不要再想着光子是从右往左一点点连续移动到屏幕上的,相反的,在测量之前,粒子作为波函数存在,没有经典的实物对照,只存在概率意义。

而爱因斯坦不认可这种基于概率和统计的解释,认为“上帝不会掷骰子”。 你看到这里,可能会倒吸一口凉气。但是,这确实是目前公认的解释,物理学也会发展,这也绝对不会是最后的解释。但是目前我们这样理解微观,你猜怎么样,从未出错!你们想一想为什么量子力学反直观,但是聪明的物理学家却一代代地传承这个理论,并坚信其正确呢?因为量子力学实在是太精确了,我们没有找出任何与之违背的证据,它实在太优美了。

我在之前解释量子力学中的双缝干涉实验时,用的模型粒子是和经典杨氏双缝一致的光子。之前用光子跟大家解释双缝干涉,在思想实验这个层面肯定是没问题的,但是在实操这个层面就有些不合适的了。

所以我认为把光子转变为电子更为严谨。请各位不用担心,这样的改变不会对之前各位已经理解的产生任何的改变,因为电子为德布罗意波,同样具有波粒二象性,同样会因为叠加态在屏幕上产生干涉条纹,也同样会因为测量导致的坍缩而不再呈现干涉条纹。技术上来说,单电子(用电子枪)比单光子更容易实现,并且可以利用光子实现不把电子吸收掉的测量。

具体原理可以借助光子和电子相互作用的康普顿效应,通过测量探针光子动量的改变来给出电子的信息。

下面我从教材中给出一个简单的装置图:

双缝干涉实验原理解说,双缝干涉实验规律(9)

Fig. 5 电子双缝干涉实验装置图

所以我必须要强调一点是:我在之前讨论是单光子双缝干涉实验是思想实验,在技术上是存在实现难度的,而且据我所知应该没有实现过。真正被实验证实的是单电子的双缝实验。至于我为什么不直接选择电子作为讨论对象,是因为我之前担心从经典杨氏双缝干涉,过渡到量子双缝实验时,直接讨论电子,会造成一些不熟悉电子波动性的读者一些理解上的障碍。而光子却可以非常好地作为“教具”来让大家理解叠加态和测量在这个实验中的意义。

完!

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