杨氏双缝隙实验

量子力学中的双缝实验是由物理学家托马斯-杨设计的一个实验。它表明,既具有波的性质或特征,又具有粒子的性质或特征,而且这些性质是不可分割的。因此,人们说光具有波粒二象性,而不是只具有波或只具有粒子。电子和其他量子粒子的情况也是如此。

缝隙;顶柱之间的距离约为一英寸。Zoom
缝隙;顶柱之间的距离约为一英寸。

该实验

这个实验非常简单。它只需要一个像图中那样的双缝装置,一个可以固定双缝装置的东西,以及一个好的激光器,比如工人在建筑时用来 "画 "直线的那种。激光器是有支撑的,所以它只能故意移动。它从大约半米远的地方对准两个狭缝之间的中心点。在双缝装置的另一侧几米远的地方竖起类似电影屏幕或光滑的白墙的东西。当一切都固定下来时,就会显示出一个明暗带的图案。

当给予一定量的电时,激光器可以产生一个或多个光子。光子或光子在一个众所周知的时间内从一个非常小的孔中出来。光的速度是已知的,所以光子出现在屏幕上的时间是可以预测的。当光子一次产生一个时,屏幕上显示的是单个光点。如果光子是波,那么我们会期望它们在传播过程中散开,并冲过屏幕的广阔区域,但这从未发生。如果光子是粒子,那么我们会期望它们出现在屏幕上的两个点,通过中间的两个狭缝与激光相连。但这也不是发生的事情。

当托马斯-杨做这个实验时,他没有激光。他的理解是把光想象成水波一样。他认为,光波从光源处移出,就像波浪从扔进池塘的小石子上扩散开来一样,当波锋碰到双缝时,那么原来的波就会在双缝处通过,从此有了两个不同的波。很容易弄清楚两个波如何相互作用,在屏幕上产生亮带和暗带(通常称为 "边缘")。他说他已经证明了光是波的理论。

但也有很大的问题。光在屏幕上显示的不是冲过它的波。光被理解为成群结队的光子,它们各自撞击检测屏幕。而且,非常令人惊讶的是,单个光子可以与自身发生干涉,就像它是一个符合旧的波描述的单一波一样。它在双缝装置上分裂成两个波,然后在屏幕上合并。

同样的装置,一个狭缝打开与两个狭缝打开(注意16个边缘)。Zoom
同样的装置,一个狭缝打开与两个狭缝打开(注意16个边缘)。

J 是条纹之间的距离。J = Dλ/B "D" = 距离。S2到F, λ=波长, B=a到b的距离Zoom
J 是条纹之间的距离。J = Dλ/B "D" = 距离。S2到F, λ=波长, B=a到b的距离

对物理学的重要性

双缝实验因其对量子力学核心难题的清晰解释而成为一个经典的思想实验。

问题和答案

问:什么是双缝实验?
答:量子力学中的双缝实验是一个实验,由物理学家托马斯-杨在1801年首次进行。它表明,光具有波的性质和粒子的性质,而且这些性质是不可分割的。

问:谁首先进行了双缝实验?
答:双缝实验是由物理学家托马斯-杨在1801年首次进行的。

问:双缝实验显示了什么?
答:双缝实验表明,光既具有波的性质,又具有粒子的性质,而且这两种性质是不可分割的。因此,人们说光具有波粒二象性,而不是只具有波或只具有粒子。对于电子和其他量子粒子也是如此。

问:光有可能只是一个波或只是一个粒子吗?
答:不,光既不可能只是一个波,也不可能只是一个粒子;相反,它同时具有波和粒子的特性--这种现象被称为波粒二象性。这也适用于电子和其他量子粒子。

问:光具有哪种类型的二重性?
答:光具有所谓的 "波粒二象性"--意味着它同时具有波和粒子的属性。这也适用于电子和其他量子粒子。

问:同样的情况也适用于电子吗?
答:是的,同时具有波和粒子两种属性的原理--被称为 "波粒二象性"--也适用于电子和其他量子粒子。

问:这种现象何时被称为 "波粒二象性"?
答:波粒二象性是在1801年托马斯-杨的双缝实验表明,光同时具有波和粒子的两种属性之后,才被广泛接受的

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