雙縫實驗的目的是什麼?

Mondo 科學 更新 2024-01-31

想象乙個場景,你面前有一堵銅牆,牆上有兩條平行的縫隙,牆後面是一堵“沙牆”,它會被任何撞擊它的東西“吸收”。 如果你用機槍在雙縫處射擊,子彈有可能穿過縫隙並擊中你身後的牆壁。 隨著發射的子彈數量,牆壁會吸收越來越多的子彈。 假設槍口經常錯位,不是很準確,所以你射出的子彈可能會向各個方向偏離,子彈在穿過狹縫時可能會偏轉,所以牆後的子彈不是聚集在乙個點上,而是以某種方式分布。

關閉其中乙個狹縫,向另乙個狹縫射擊,得到兩組子彈分布資料p1和p2,然後開啟兩個狹縫,同時向兩個狹縫射擊,得到子彈分布資料p。 我們發現 p p1 p2。

讓我們改變實驗。 在S處有乙個電光源,在光源的右邊有一堵不透明的牆,在S1和S2處的牆上有兩個縫隙,在這堵牆後面有一堵牆。

關閉 S2 狹縫,使光線僅通過 S1 狹縫,即可獲得牆上的光強分布 I1。 然後,關閉S1狹縫,使光線僅通過S2狹縫,即可獲得壁面上的光強分布I2。

最後,同時開啟兩個狹縫,讓光線同時通過兩個狹縫,在牆上會得到光強分布i,這時i i1 i2?

答案是否定的!

從 S1 和 S2 通過的光都來自 S,並且從 S 到 S1 和 S2 的距離相等,因此我們可以認為 S1 和 S2 處的光是“相同”的。 對於接收牆上的不同位置,即當兩束光在不同位置相交時,它們各自採取不同的路徑路徑。

如果光線波動,則路徑長度不相同,相應的相位也不同。 因此,當兩束光相加時,光強度不是簡單的相加,而是存在乙個額外的干涉項。 該干涉項的大小與兩束光之間的相位差有關,該相位差既有正值也有負值。 取正值時,組合光強於直接相加兩束光強;當取負值時,組合光強度為 0。 因此,牆上的光照強度會隨著位置的變化而變化,有明暗之分,並且有一定的規律性,即明暗條紋。

因此,如果光的雙縫實驗結果是亮點之間的條紋,那麼它就證明光是波動的。 雙縫實驗可以驗證波的性質,不僅對光,而且對電子。 電子的雙縫實驗非常經典,有興趣的讀者可以參考費曼的《物理學講義》第三卷。

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