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谁能解释双缝干涉实验理论的疑惑？
光子,夹缝,电子谁能解释双缝干涉实验理论的疑惑？
发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：
实验又告诉我们这个能量似乎和频率有关，和振幅又没关系了，这个与经典物理学之间的矛盾怎么去解释呢？我估计如果要是倒退个几百年，这件事儿可能早就被解决了。你想想牛顿和惠更斯时期，那个时候就是因为光到底是啥这件事儿还没有结论，所以很多大胆的假设人们都敢尝试。不过光电效应恰好发生在波动说已经完胜了，微粒说已经被抛弃几十年了这个时期，在这种固有的思维模式下想要寻求突破，确实是一件很难的事儿。
扯点题外话，所以你们会发现一些古装武侠剧当中，能够破解阵法的往往都是啥也不懂的，不会武功的，或者下围棋能够破解百年残局的也都是没下过围棋的，确实不是没有道理。
所以光电效应的解释就得需要这么一个不按套路出牌的人，这个人就是爱因斯坦。当然不是说爱因斯坦啥也不会，他是不按套路出牌，爱因斯坦说，那我就再把光看成是粒子呗！你看，微粒说早都已经被判死刑了，人们都已经忘了 又被他捡回来了，居然还成功了！
再来回忆一下刚才的结论，直觉告诉我们能不能打出电子和能量有关，实验告诉我们这件事儿又和频率有关，所以爱因斯坦做的事儿就是把他俩画上等号，一个小光子的能量就是与光子的频率是成正比的，比例系数都不用我自己算，普朗克已经算完了，就是普朗克常数。所以那个著名的公式E=hv就这样出现了！
爱因斯坦就是因为这件事儿得了诺奖，这就是过人之处。借此机会，咱们再次强调一下初衷，很多事结论也许不重要，重要的是思考的过程。如果你只知道结论撑死了就是茶余饭后的谈资，但是如果你还知道这个思考的过程，恭喜你，你应该就可以体会到理性的快乐了！虽然可能没啥用，哈哈！！
好了，说回来，光电效应的出现包括后来量子力学的出现，让人们相信了一件事儿。也就是光是具有波粒二象性的，他即是波也是粒子，你看吵了那么多年白吵了！不过这件事儿确实很难接受，物理学家也表示很难接受，所以就做了一系列的双缝实验，想看看这个波粒二象性的本质到底啥意思呢？
下面就来简要说一下各种版本的双缝实验
第一个变种实验是在1909年做的，实验人叫杰弗里·泰勒。
想法是这样的，托马斯杨最早的双缝实验只能说明光具有波动性，因为发生了干涉 出现了明暗相间的条纹。但是现在爱因斯坦又说光具有粒子性，那我怎么来检验一下呢？
想法很巧妙，你不是说光是粒子么，我现在就让光一个光子一个光子的通过夹缝，这就相当于我发射一堆弹珠没啥区别了吧？
有同学要问了，你怎么才能做到每次只发射一个光子呢?那个时候确实没有很好的单光子设备，不过原理差不多。就是通过降低光源的亮度，当时使用的光源是相当于看1.6公里外一根蜡烛的亮度，就这么暗，这样再根据这束光的频率，就能够保证某一时刻只能接收到1个光子了。那后面就不能是接收屏了，就得用感光胶片，然后长时间曝光，预期的结果是这样的：
既然一个光子一个光子的发射，那应该就不会发生干涉了，所以感光胶片上应该就是两个光斑你们猜实验结果怎么着？
长曝光之后发现，依旧出现了明暗相间的条纹，无论每两个光子的发射时间间隔有多长，实验结论都是一样的。这件事儿怎么解释呢？
出现干涉图样就说明发生干涉了，但是我们理解的干涉就是两束波相遇才能发生，现在同一时间只有一个光子通过夹缝，那个一个光子和谁干涉呢？
所以只能被逼无奈的得出一个结论，光子和自己发生干涉了，或者说一个光子同时走了两条路，先不管各位能不能接受这个结论，思路先跟着我走啊！
咱们再来看下一个实验，单光子的双缝实验做完了之后，物理学家又开了一把脑洞。不过这块有一个铺垫，就是物质波概念的提出，就是最开始说光即是波也是粒子。后来德布罗意说，能不能粒子也是波呢？这里的粒子就是指有质量的通常我们理解的粒子，比如说电子、质子、原子等等。现在德布罗意问这些粒子能不能也是波呢？
感觉就莫名其妙是吧？在理论上确实很好用 不过你得通过实验验证啊！于是很快电子衍射就做出来了，但是物理学家感觉不行，还是对双缝实验情有独钟，能不能用粒子做个双缝干涉实验呢？看看能不能产生干涉图样呗？
这件事儿确实不好做，为啥呢？因为物质波一般来说波长都会比较小，而两条夹缝的间距又是与波长是成正比的，所以为了产生能够观测的干涉图样，就得要求两条夹缝特别窄。不过这难不倒物理学家！
第一个用电子做的双缝干涉实验是在1961年完成的，这位叫做约恩松，德国物理学家，他的这个电子的双缝干涉实验在2002年，被评为十大最美物理学实验的第一名。
这个实验在当时还是比较难做的，主要就是刚才说的夹缝必须要窄窄到什么程度呢？约恩松做的实验每一条夹缝的宽度是300纳米，一共有五条夹缝，每两条夹缝之间的间距是1微米。什么概念呢？通常人的一根头发的宽度是80微米左右，也就是实验器材夹缝这一部分整体还没有一根头发丝宽。就是这么精密！
当然实验结果不出所料，电子也出现了明暗相间的干涉图样，这个实验再次验证了物质波理论是正确的，同时也证明了，不仅仅是光，可以说任何粒子都具有波粒二象性。那你自然会问，我们人也有波动性吗？理论上是有的，只不过不明显。
从约恩松之后物理学家用了更大的粒子，像足球C(C60) 以及一些其他的大分子，做了同样的双缝干涉实验，发现依旧会出现干涉图样。也就是到目前为止宏观和微观的明确分界线还不是很清楚。
到目前为止，光的双缝干涉实验，单光子的双缝干涉实验，电子的干涉实验都已经出现了，这些实验都是真做过的。于是物理学家又脑洞了，又想出两个实验方向：
一个就是 电子束通过夹缝可以发生干涉，那么单电子通过夹缝是否可以发生干涉呢？就是让电子一个一个的通过夹缝。
这个实验也做完了，最早完成的是1974年意大利物理学家皮尔·梅丽，但是他使用的不是传统意义上的双缝，而是电子双棱镜。第一个用双缝做的单电子干涉实验，是在2012年才完成的，由内布拉斯加大学做的。实验结果显示即使电子一个一个的通过夹缝依旧会出现明暗相间的干涉图样。
第二个实验方向就是大家比较感兴趣的，针对于单光子和单电子的双缝实验，被逼无奈的解释是光子在通过夹缝的时候，自己和自己发生了干涉。那我能不能在夹缝旁边放一个摄像机看一下呢？
这种想要探测光子或者电子具体通过了哪个夹缝的实验，就统称为Which Way实验，但是到目前为止没有在旁边放一个摄像机直接探测的，理由也很简单，因为单光子或者单电子都太小了，我们肉眼是无法看见的。还是那句话看这个词是有物理行为的，我们之所以能够看见物体，就是因为有光子射入到我们的眼睛里了，那你想在旁边看一下光子到底通过了哪个夹缝，它就只有一个光子 还是奔着夹缝去的，没有向我们眼睛来的，所以根本就看不见。
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