双缝干涉实验是怎么提出的?为什么有人说它很诡异?意识真能改变干涉条纹?

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在网络里流传着这么一个关于量子力学的神话:我们的意识决定了微观粒子的行为,甚至决定了物理世界的客观实在性。这是真的吗?这篇文章将为你破除这个神话,回复科学的本来面目。这一切都要从一个实验说起。

缘起——光的微粒说与波动说之争

从牛顿时代开始,光的性质问题就在科学界引起了争论,当时科学界有两种截然不同的观点,一种观点是牛顿所认为的光是微粒,另一种观点是胡克、惠更斯等人所认为的光是波。由于牛顿在物理学界统治性的地位和威望,使他的光微粒说盖过了光波动说,成为此后一百年科学界的主流观点。

直到牛顿《光学》发表一百年后的1801年,英国科学家托马斯·杨以一个实验逆转了这种形势,使光波动说再度复活,甚至成为了主流,这个实验就是——双缝干涉实验


光波动说的有力证明——双缝干涉实验

双缝干涉实验是从单缝衍射实验衍生出来的,让一束光经过相距很近的两条狭缝后,投射到缝后的屏幕上,一般来说,当光经过一条竖着的狭缝时,会发生衍射——光绕过障碍物弯散传播的现象,在屏幕上看到的并不是一条竖着的亮纹,而是一条横着的亮带。(如下图上部分)这种现象早在17世纪就被意大利耶稣会神父弗朗切斯科·马里亚·格里马尔迪发现,并把它命名为衍射

而当两条缝的亮带在屏幕后重叠时,理论上应该会显示一条更亮的光带,但神奇的事情发生了,最终在屏幕上显示的却是一条条明暗相间的条纹……(如下图下部分)


这是一件很诡异的事情,因为在这些条纹的暗纹上,原来应该是有光的,但当两条缝的光重叠后,那些位置却变成了没有光。这种现象用牛顿的微粒说似乎无法解释,托马斯·杨从水波的干涉里得到启发,提出光是一种波,暗纹是光波互相干涉产生的。


光微粒说复活——爱因斯坦的光电效应

人类对宇宙的认知革命永远是由极少数天才推动的。在双缝干涉实验证明光的波动说后又过了一百年,一位天才再次刷新了人们对光的认知,这位天才就是二十世纪最伟大的物理学家爱因斯坦。

1905年,物理学博士刚毕业,还是专利局小职员的爱因斯坦发表题为《关于光的发射和转化的启发式观点 》的论文,以光作为能量子即光量子的形式解释了光电效应现象。这一开创性的理论使他获得了1921年度的诺贝尔物理学奖。


粒子与波的探究——单光子双缝实验

光量子的提出使光微粒说再度复活,但问题随之而来:光究竟是粒子还是波?两种形式都有实验证据,似乎两个都对。但是问题又来了,波和粒子是两种截然不同的特性,光在什么情况下会表现出波的特性?什么情况下又会表现出粒子的特性?

光量子假说提出四年后,一位英国的物理研究生杰弗里·泰勒设计了一个弱光双缝实验,他利用熏黑的玻璃极大限度地降低了光源的亮度,直到理论上在光源与屏幕之间任意时刻最多只有一个光子经过,然后利用照相机的感光胶片超长时间的曝光,记录下了经过双缝的光。

当照片冲印出来,神奇的一幕出现了,即使光子一个个地通过双缝,最后曝光的照片里依然出现了清晰的明暗干涉条纹。


这意味着即使只有一个光子通过双缝,依然产生了干涉,那究竟光子跟谁干涉?似乎只能有一种解释:光子跟自己干涉了。

奇怪的物理——光的波粒二象性

这个问题直到10多年后才被法国科学家德布罗意解决。他在其物理学博士论文中提出了波粒二象性,他指出不单光子,所有的微观粒子都同时具有波的特性,他称之为物质波。物质波理论预言了单个电子过双缝也能产生干涉条纹。


光波什么时候成为粒子?

在确定了光的波粒二象性后,一个问题横梗在科学家面前:光波是什么时候成为粒子的?

一个显而易见的事实是:在所有的实验里,光最终都是以粒子的形式呈现的!比如在光电效应里轰出电子,在曝光不足的照片里呈现的也是一些零星的光点,所以答案显而易见:光在被观察到的时候是个粒子。也就是观测使波成为了粒子?如果测量发生得更早又会如何?科学家决定升级双缝干涉实验——测量粒子通过哪一条缝。


科普书里的神话——你一看,干涉条纹就消失……

很多人看到科普里关于双缝干涉观测实验的描述都是这种近乎神话的故事,有的故事里用摄像机拍摄,有的故事里更干脆,直接拿眼睛看。这些描述显然并非事实,只是一些虚构的思想实验,现在看来,这些思想实验有极大的误导性。

直接观察并不会导致干涉条纹消失!无论是用眼睛看还是用摄像机拍都不会!


揭秘——观测导致干涉条纹并不诡异

跟很多人的想象可能不一样,科学家实际上并不是被观察干涉就消失的实验结果吓到,而是这结果造就在他们的预料当中。科学家实际要进行的不是观察,而是测量!

他们要测量粒子是从哪一条缝通过,怎么测量?以光子为例,没有任何方式在不干扰光子的情况下从侧面看到光子,因此测量的方式实际上就是让光子仅能从其中一条缝通过……比如在其中一条缝上放一个垂直偏振镜,这样,所有水平偏振的光子就都不能从这条缝经过……

看到这里聪明的你一定已经发现猫腻了,这特么就是让光只能从其中一条缝经过啊?这不就相当于过单缝了吗?前面我们说过光子是跟自己干涉的,现在光子只能穿过其中一条缝,还跟谁干涉去?……


真正诡异的是什么?

综上分析,观测导致干涉条纹消失并不诡异,但这并不表示量子力学就不诡异了!量子力学真正诡异之处在于微观粒子在被观测到之前所处的“波”态!这个波的状态被称为叠加态,量子力学真正诡异的地方就在这个叠加态!但这已经不是这篇文章要讨论的范围了,我们以后有机会再说说叠加态。

我是星宇飘零,关^_^注我,和你分享更多有趣科学知识。

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就是在牛顿第一定律提出之后就提出了这个实验,是因为这个实验其实并没有任何的科学依据,意识改变不了干涉条纹,但现在也没有其他办法可以解释。

就是一个不知名的科学家提出来的,因为他觉得人的意识是非常的厉害的,即使人死了,那么意识仍然可以干涉条纹,是因为人的精神物质还在。

主要是因为超声波来提出来的。就是因为这种东西无法用科学来解释。其实我个人觉得是不能改变的。


双缝干涉实验是怎么提出的?为什么有人说它很诡异?意识真能改变干涉条...
光波动说的有力证明——双缝干涉实验双缝干涉实验是从单缝衍射实验衍生出来的,让一束光经过相距很近的两条狭缝后,投射到缝后的屏幕上,一般来说,当光经过一条竖着的狭缝时,会发生衍射——光绕过障碍物弯散传播的现象,在屏幕上看到的并不是一条竖着的亮纹,而是一条横着的亮带。(如下图上部...

杨氏双缝实验的原理是什么?
杨氏双缝干涉的原理是光波叠加原理,用光的波动性解释了干涉现象。用强烈的单色光照射到开有小孔S的不透明的遮光扳上,后面置有另一块光阑,开有两个小孔S1和S2。杨氏利用了惠更斯对光的传播所提出的次波假设解释了这个实验。S1,S2为完全相同的线光源,P是屏幕上任意一点,它与S1,S2连线的中垂线交...

光的双缝干涉是怎样进行的?
杨氏双缝干涉实验中,光源上下移动时,干涉条纹下上移动(移动方向与前者的相反)。干扰必须第一相干光绕过障碍物(事实上,衍射),然后相互叠加,形成了光与暗的条纹。双缝垂直,水平方向上,体积小,容易绕过去的光(衍射),位于左,右两侧;每个接缝,而垂直方向上的大小,是不容易的光绕过去,所以...

双缝干涉实验是如何实现的?
光的双缝干涉中公式Δx =Lλ\/d 其中,Δx表示干涉条纹宽度,L指屏到狭缝的水平距离,λ表示波长,d表示双缝间距。双缝干涉的干涉条纹中间的明纹亮度较大,边上的明纹亮度逐渐减小。双缝的宽度为毫米量级,干涉条纹的宽度也不过几厘米。双缝与条纹上不同位置的距离相差极小、几乎相等,而干涉条纹里...

如何做双缝干涉实验
通过狭缝的光束,会抵达照相胶片或某种探测屏,从记录于照相胶片或某种探测屏的辐照度数据,可以分析光的物理性质。光的波动性使得通过两条狭缝的光束相互干涉,形成了显示于探测屏的明亮条纹和暗淡条纹相间的图样,明亮条纹是相长干涉区域,暗淡条纹是相消干涉区域,这就是双缝实验著名的干涉图样。

双缝干涉实验是什么原理呢?
双缝干涉实验公式为△x=Lλ\/d,λ是相干光源发出光的波长L是缝到屏之间的距离 d是两缝之间的距离。双缝干涉的公式中的Ax、d、L和λ的单位都是米。公式中的Ax是相邻两条亮纹间隔,d是双缝间距,L是双缝到屏的距离,λ是单色光的波长。距离的单位统一用米作为国际单位。在量子力学里,双缝实验是...

大学物理双缝干涉实验,这题怎么写,要过程?
图中所示为双缝干涉实验装置示意图,其中S为光源,S1和S2为双缝,SS1=SS2,O为屏上某处。若将云母片覆盖在S1缝上,则光程差发生变化,导致中央明条纹向右移动;覆盖云母片后,两束相干光至原中央明纹O处的光程差为nλe。1. S1缝上覆盖了厚度为ε、折射率为n的薄云母片;2. SS1 = SS2,即...

双缝干涉条纹间距公式的推导
1、双缝干涉实验的基本原理 双缝干涉实验是一种经典的光学实验,用于研究光的干涉现象。在实验中,通过两个紧密排列的缝隙,让光线通过后形成干涉条纹,以观察干涉的现象和特征。2、干涉条纹的性质与分析 干涉条纹由一系列明暗相间的条纹组成,其中明条纹对应光的增强,暗条纹对应光的减弱。通过观察和分析...

什么电子双缝干涉实验?有何原理?
假若光束是由经典粒子组成,将光束照射于一条狭缝,通过狭缝后,冲击于探测屏,则在探射屏应该会观察到对应于狭缝尺寸与形状的图样。可是,假设实际进行这单缝实验,探测屏会显示出衍射图样,光束会被展开,狭缝越狭窄,则展开角度越大。在探测屏会显示出,在中央区域有一块比较明亮的光带,旁边衬托著两...

双缝干涉实验怎样改变光屏和缝的距离?
在其它条件不变的情况下要么改用波长更长的单色光即增大λ,要么增大双缝与屏之间的距离L,要么减小双缝之间的距离d。双缝干涉实验就是为了演示微观粒子的波粒二象性而做的实验。其具体方式为连续发射单个的电子穿过有着两条缝隙的障碍物,最后这些电子会落在用于观测的屏幕上,以便于观察。

宁江区19189026049: 杨氏双缝干涉实验原理是什么? -
禄亚泽通: 杨氏双缝干涉的原理是光波的叠加原理.光波解释了干涉现象.用强烈的单色光照射不透明的百叶窗,上面有一个小孔S,后面有一个小孔S1和S2.杨用光传播的惠更斯亚波假说解释了这个实验.S1和S2是完全相同的线光源,P是在屏幕上任...

宁江区19189026049: 电子双缝干涉实验是谁提出设计的? -
禄亚泽通: 是托马斯.杨,没错

宁江区19189026049: 双缝干涉试验怎么做的?
禄亚泽通:http://www.zxxk.com/Html/Channel_11/Class517/RENJIAOBAN3-4/61319420080426112000.Html 光的干涉是指若干个光波(成员波)相遇时产生的光强分布不等于由各个成员波单独造成的光强分布之和,而出现明暗相间的现象.光的干涉现象的发现在历史上对于由光的微粒说到光的波动说的演进起了不可磨灭的作用.1801年,托马斯·杨提出了干涉原理并首先做出了双狭缝干涉实验.

宁江区19189026049: 电子为什么会发生双缝干涉 -
禄亚泽通: 不知道你的高中还是大学 首先解释干涉 波会发生干涉现象 那么如果电子的频率,或者波长满足干涉条件即可发生干涉 杨氏双缝干涉实验:从单缝(线光源)发出的单色光射到与之平行的双缝上,即可在双缝屏后获得来自双缝(相干光源)的两...

宁江区19189026049: 双缝干涉实验 -
禄亚泽通: 1 滤光片其实可以在单缝和双缝之间,但考虑到滤光片可能因为折射使得光路偏移,从而不再射到双缝上,所以最好不要这样2 只有双缝才能干涉啊……

宁江区19189026049: 高中物理中,关于光的双缝干涉实验 -
禄亚泽通: 1. 接收屏上的光强是关于坐标的三角函数 ,三角函数是周期性的,所以,随着坐标的增加,光强也是周期性的. 双缝干涉行成了明暗交替的条文. 对于电光源,是形成明暗交替的光圈. 也不是一团一团的. 2.当做光源的那个缝隙,如果向上稍微一动,那么干涉条纹中央亮条纹向下移动. 3.缝隙的间距越小,条纹间距越大.

宁江区19189026049: 电子为什么会发生双缝干涉? -
禄亚泽通: 经典力学不适用于微观粒子,要根据量子力学中的德布罗意理论解释,运动的物质都具有波动性,任何运动的物体都有与之对应的波长,λ=h/p,也就是物质波,这是与经典力学不一样的量子力...

宁江区19189026049: 关于电子的双缝干涉实验~~~~~~~~~~~~求高人指导 -
禄亚泽通: 带观察者也会有干涉条纹,双缝干涉实际上在有光无光情况下都可以实验,当然无光情况下比较明显,而且可以排除无关光线的干扰,单个电子实验进行之后才确认了波粒二相性的,因为单电子也会有干涉,这个没法用粒子来解释

宁江区19189026049: 托马斯·杨发现了散光的原因,转而研究光学,完成了双缝干涉实验,认识到光是波动,并提出什么? -
禄亚泽通: 托马斯.杨发展了惠更斯的光学理论,形成了波动光学的基本原理.他提出了光波的频率和波长的概念,并解释了牛顿环现象.他还建立了三原色原理,指出一切色彩都可以从红、绿、蓝这三种原色的不同比例的混和而得到.

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