再探量子力学基本原理

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第一章　微观物质体系的实验现象观察和波粒二象 性 第一节　光(或电子)的双缝干涉衍射现象 从源S发出的一束光（或电子束）射向双缝A与B， 在屏幕C上形成明暗相间的干涉衍射条纹。 若关闭其中一缝，屏幕C上则形成单缝的衍射图。 双缝衍射图不为两个单缝衍射图的叠加。 双缝干涉衍射条纹与单缝衍射条纹的比较：双缝干 涉衍射条纹是等距的明暗相间的条纹；而单缝衍射条纹 是中央宽，两边窄的明暗相间，且亮度趋两边很快衰减 的条纹。很显然，双缝干涉衍射条纹不为二个单缝衍射 条纹的叠加。 【实验观察与思考】 （1）同样的光源，光线同时通过双缝后在屏幕C上 的明暗相间图案，不为光线分别通过单缝的图案叠加， 说明光线同时通过双缝A与B后，互相影响干涉。观察水 波的类似实验，可清楚理解。 （2）条纹亮的地方是光线通过双缝后干涉的加强 处，暗纹是干涉后的相消处。在水波的类似实验现象中 ，水面上的任一点振动是由从A和B传播来的二个水波引 起的二个振动迭加。有的点合振动加强，有的点合振动 相消。由波动规律完全可作精确的计算。因此，从光源 S发出的一束光是一列波，它行进到双缝A与B并同时通 过后，在双缝与屏幕之间空间中互相干涉，最后投射到 屏幕C上。毫无疑义，早已公认一束光即是一束电磁波 ，它在运动过程中呈现波动性，遵循麦克斯韦理论方程 的波动规律。 （3）进一步的实验又表明，无论光源S发射的光波 强度如何减小，最终在屏幕上所形成的双缝干涉衍射图 案是一样的。早在20世纪，就有人利用发射光线的能量 微弱到几乎近单个光量子实体的光源，用相片长时间曝 光，得到的双缝干涉衍射图片，结果与一次性强光得到 的双缝干涉衍射图片是一样的。而且同样的是，若是关 闭双缝中任一缝，也得不到干涉衍射图。这表明，单个 光量子能量微观客体在运动过程中，也是呈现波动性， 才能同时通过双缝，并在双缝后进行干涉。公认的结论 是，光就是电磁波，无论强度大小，都遵循波动规律运 动，有反射、折射、衍射、叠加和干涉等波动的特征。 （4）光波在屏幕上的明暗相间干涉条纹到底是什 么？经过放大，亮条纹原来是由大量光斑点所构成！最 亮处斑点密度最高，向着暗处密度减小。斑点密度与亮 度成正比！假如，光源强度减小至几乎接近单个光量子 的能量，仔细观察屏幕发现，起初是无规则的零星斑点 ，随着时间增长，斑点数增多，逐渐形成有规律的分布 ，总体成为双缝干涉衍射图。 这就产生疑问了，光波既然是电磁波，波是弥散性 的物理图像，同时通过双缝后干涉的光波在行进到屏幕 前，它仍是弥散于空间的波！怎么到屏幕的一瞬间就变 成为很小区域中的一个斑点？这行为又像颗粒性“粒子 ”！