薛定谔的猫(改变物理学的50个实验)/科学的转折书系

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内容简介

住了那束光，观察它在墙上和离墙距离不等的其他纸 扳上投下的影子。影子两侧边缘都有彩色的光晕，除 此以外，影子中央也出现了平行的色带。” 类似的实验有很多，其中最著名的是“双缝实验 ”：光透过纸板上的两条狭缝投射到屏幕上，会产生 明暗相间的图样。它更广为人知的名字是“杨氏实验 ”，虽然没有任何证据表明杨曾经做过这个实验。 干涉图样 如果光真的是由粒子组成，那么透过两条狭缝的 光束只会在屏幕上投下两条明亮的线，但实际上，它 却形成了明暗相间的图样。 每道狭缝相当于一个独立的光源，它们各自发射 出一道光波。来自狭缝A的波峰与来自狭缝B的波峰重 叠时，屏幕上就出现了明亮的条纹；而两道光波的波 峰和波谷互相抵消，就会形成暗淡的条纹。 我们实际观察到的结果是，屏幕上出现了明暗相 问的条纹，它唯一可能的来源是光的折射和干涉，所 以光必然是以波的形式传播的。虽然杨的实验十分缜 密，推理过程也相当严谨，但仍有很多科学家拒绝接 受他的说法，因为伟大的艾萨克·牛顿怎么可能犯错 呢？直到50年后，人们发现光在水中的传播速度比在 空气中慢得多，杨的理论才终于得到了认可。 屏幕上两道相邻明亮条纹之间的距离是光波长的 函数，也就是说，不同颜色的光会产生宽度不等的条 纹。 现在物理学家普遍认为，光以“波包”的形式传 播，也就是光子。杨并不知道，真正令人震惊的是极 低照度的光表现出的某种特性：如果光源每次释放的 光子只有一个，那么它可以同时穿过两道狭缝。 要是单个光子只能穿过一道狭缝，那么它应该直 接投谢到屏幕上的某个点，不会产生任何干涉。那么 我们把屏幕换成光敏摄像机，然后让单个光子逐一通 过狭缝，胶片上最终应该出现离散的光子组成的点状 图样。 但事实并非如此。我们发现，胶片上留下的仍是 明暗相间的条纹。于是我们就这样跨入了量子力学的 诡异领域。根据量子力学，单个光子不一定只能出现 在一个地方。比如说，它有30％的概率穿过狭缝A， 70％的概率穿过狭缝B，那么量子力学会告诉你，它 可能同时穿过两道狭缝，与自己发生干涉。 既是波又是粒子 换句话说，光子同时表现出了粒子和波的特性， 我们称之为光的波粒二相性。归根结底，那些相信粒 子说的人也不算大错特错。 1961年，科学家发现电子也有同样的特性。电子 肯定是某种粒子，因为它拥有质量，但与此同时，电 子也表现出了波的一些性质。1974年，研究者通过实 验证明，单个电子也会形成干涉图样。 理查德·费曼评论说： “经典物理……完全无法解释这种现象，它属干