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【已解决】 单光子也能形成干涉条纹,怎么办到的?

那个形成干涉条纹的组图,很容易让人理解成所谓的光的波动性,就是光子走的是S蛇形。即形成干涉条纹是一种光子的集体行为。

如果是这样,那简直没什么难以理解的。我以前就这样理解,以为自己妥妥地翻了山。然而,不是的,完全不是。

实际是,单光子,注意是单光子也能形成干涉条纹。这是什么鬼?怎么办到的?

表示想不通……

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最佳答案 2024-06-06 00:00

理解单光子在双缝实验中形成干涉条纹确实是一个让人困惑的问题,因为它挑战了我们对经典物理的直觉。这个现象实际上是量子力学中的一个核心问题,涉及到光的波粒二象性。让我们一步一步来解答这个问题。

双缝实验的经典解释

在经典的双缝实验中,光被认为是波动的。当光波通过两条缝隙时,每条缝隙都会成为一个新的波源,这些波从缝隙传播出来并相互叠加。由于波的叠加原理,在某些位置波峰和波峰相遇(相长干涉),在这些位置光强会增强;在其他位置波峰和波谷相遇(相消干涉),在这些位置光强会减弱,从而在屏幕上形成干涉条纹。

单光子的双缝实验

当我们将光的强度降低到每次只发射一个光子时,实验结果仍然显示出干涉条纹。这意味着即使是单个光子也表现出波动性。为了理解这一现象,我们需要引入量子力学的概念。

量子力学解释

  1. 波函数:在量子力学中,每个光子都由一个波函数描述。波函数提供了光子在空间中不同位置的概率分布。对于双缝实验,当光子通过两条缝隙时,它的波函数会分裂成两部分,每部分通过一条缝隙。

  2. 叠加原理:波函数的两部分在屏幕后方重新叠加,形成一个新的波函数。这两个波函数部分的叠加会导致干涉现象。

  3. 概率解释:干涉条纹并不是由单个光子在屏幕上同时出现在多个位置,而是由大量光子在屏幕上不同位置的累积结果。每个光子在屏幕上某个位置的概率由波函数的平方决定。由于波函数的干涉效应,这些概率在某些位置较高(相长干涉),在其他位置较低(相消干涉)。

实验观察

在实际实验中,当你观察单光子的到达位置时,你会发现每个光子似乎随机地击中屏幕上的某一点。但是随着时间的推移,越来越多的光子到达屏幕,你会发现这些击中位置逐渐形成了干涉条纹的模式。这种现象表明,单光子行为的统计结果符合波动干涉的预期。

结论

单光子形成干涉条纹的现象表明光子具有波粒二象性。虽然每个光子是一个粒子,但它的行为由波函数描述,波函数在空间中可以干涉,从而在统计上形成干涉条纹。这一现象揭示了量子力学的基本原理,即粒子的行为不能仅仅用经典的粒子概念来描述,而需要引入波动性和概率解释。

希望这些解释能帮助你更好地理解单光子在双缝实验中形成干涉条纹的现象。

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  • 匿名 提出于 2024-06-03 10:14

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