广义杨氏双缝实验

《广义杨氏双缝实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、广义杨氏双缝实验***(安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥230039)摘要：本文主要讲述广义杨氏双缝实验。杨氏双缝实验是量子力学中最初的、最著名的实验，是理解量子力学本质的关键。本文分为四个部分，第一部分：令人为难的杨氏双缝实验讲述，第二部分：常见不恰当杨氏双缝实验讲述，第三部分：实验中电子穿过双逢的方式，第四部分：极化杨氏双缝实验计算。关键词：双缝干涉；波粒二象性；延迟选择实验GeneralizedYoung'sdoubleslitexperiment(SchoolofPhysics&MaterialSc

2、ience,AnhuiUniversity,Hefei230039,China)AbstractThispaperfocusesongeneralizedYoung'sdoubleslitexperiment.Young'sdoubleslitexperimentistheinitialandmostfamoustestinquantummechanics.Itiscriticaltounderstandthenatureofquantummechanics.Thispaperisdividedintofour

3、parts.InthefirstpartitshowsthatthedescriptionaboutYoung'sdouble-slitexperimentisinadilemma.ThesecondsectionitlistscommonimproperdescriptionaboutYoung'sdouble-slitexperiment.TheCorrectwayhowtheelectronpassesthroughthedoubleslitisgiveninthethirdsection.Inthefo

4、urthsectionthecalculationofpolarizationinYoung'sdouble-slitexperimentwillbedemonstrated.Keywordsdouble-interference;wave-particleduality;delayedchoiceexperiment1杨氏双缝实验讲述量子力学中最常见的、最有名同时也具有最浓重量子力学意味的实验就是杨氏双缝实验[1]。这是因为它表面浅显易懂实则深邃难以捉摸，难于理解和表述。杨氏双缝实验作为众所周知的基础性实验出

5、现在所有量子力学教材中，却又往往被忽略它许多重要和必要的深层含义；利用程差很容易简易说明它，但难以通过精确求解薛定谔方程得到强度分布；它是量子力学中最初始、最一般的实验，但人们在它的基础上不断衍生出新的版本，费曼就是通过对它的深入思索产生了路径积分思想。以上充分说明了费曼一句著名的话，即：杨氏双缝实验是量子力学的心脏，包含了量子世界的所有秘密。双缝干涉实验中使一束光照射在两个竖直双缝的光栅上，光通过缝所成的图像记录在一块照相底片上。当一个缝被遮盖时，所成图像无论打开哪一个缝均是一致的。然而当双缝均打开时，并未如

6、期望地出现两条与缝一致的光线，而是出现了明暗相间的条纹。此现象说明在通过缝的波或者粒子之间发生了干涉。设想若实7验中光粒子束或者光子流足够弱，以致一次只有一个光子击在底片上，此时可能就不会有干涉产生，因而出现电子双缝实验。1961年琼森用电子束做出了单缝、双缝衍射实验。实验中电子枪发射出来的电子穿过双缝打到接收屏上的探测器上。当把电子流减弱到使电子可以一个一个地通过狭缝，同时使电子发射的间隔比个别电子通过狭缝的时间长千万倍，实验发现开始时电子强度分布似乎毫无规律，但当积累时间足够长时，我们仍然得到了双逢干涉图样

7、，即接受屏某处探测到电子的几率并不简单等于两缝各自单独开启时的几率之和，而是存在两缝相互影响的干涉项，这一干涉项可正可负，随位置而迅速变化。实验中电子如子弹一样一个一个穿过狭缝，而不是像波那样能量扩散开。从经典粒子的观念来理解，这个干涉项难以解释。实验中人们往往将电子看做经典概念中的粒子。其原因是实验中探测到电子时，它总是具有静止质量和一定的能量，尤其还具有相当局域的位置。按照经典粒子的概念，一个电子只能通过双缝中的一条，且另一条缝的存在与否对它的行踪没有影响。且前后两个电子时间间隔甚远，它们之间不可能发生干涉

8、效应，所以是单个电子自身发生了干涉。因此人们提出了电子究竟如何穿过双逢的问题。对于这个问题不外乎三种答案：电子随机地从上缝穿过去，随机地从下缝穿过去，从两缝同时穿过去。但以上三种回答都令人为难。如若说电子随机地从两缝之间任意一缝穿过，那么此时电子打在屏幕上的几率不会受另一条缝的制约，即两条缝是相互独立且互不干扰，因此不会出现干涉项，无法解释杨氏双缝实验现象，所以这种说法实不可取的。如若