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小編的世界 優質文選 科學

傳說中的雙縫實驗,曾讓科學家疑惑不解,只有量子力學能夠解釋


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2021年5月18日 -
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鳥瞰星球1

在人類科學發展的過程中,有些實驗結果跟科學家的預想完全不同,甚至還得不到合理的解釋。這些實驗啟發著人類開辟新的科學領域。——雙縫實驗,就是量子力學發展初期人類科學家進行的一次著名實驗。

早在1807年,英國物理學家托馬斯就主導了這一實驗,由於受到時代的限制,托馬斯把雙縫實驗的結果解釋為光的波動性。一直到一個世紀以後,量子力學誕生,人類才對雙縫實驗有了更加科學合理的解釋。

人類對光的科學認知,起步於牛頓的光學理論,牛頓認為光是粒子狀態,並對一些常見的光現象進行了解釋。到了1807年,托馬斯用雙縫實驗,證明了光不是粒子,而是一種波。雙縫實驗證明了光線的幹涉現象,而只有波才會有這樣的特征。

雙縫實驗的原理並不複雜,將一束單色光纖通過一個狹窄的縫隙之後,再設計兩條縫隙,讓光線從中穿過,這束光就會在兩條縫隙後面的光幕上出現“幹涉條紋”。這種幹涉現象的出現,不但適用於光線,還適用於光子和電子。

如果光是一種粒子的話,那雙縫實驗的結果應該是兩條分開的光紋,但雙縫實驗告訴我們光可以進行幹涉現象,光子同時穿過了兩條縫隙,而這不是單個粒子可以實現的。你無法知道光子到底穿過了那條縫,一旦對實驗流程進行監控,光的幹涉現象就會立刻消失。

然而,隨著量子力學的發展,雙縫實驗才有了相對科學的解釋。光不僅僅是一種波,它也是一種粒子。這就是量子力學中著名的光的“波粒二象性”。就好像薛定諤的量子實驗中,這只貓的死活就是兩條縫隙,你無法確定最後的結果。

人類在觀察到光電效應和黑體輻射現象之後,量子力學才重新將光的粒子形態加以重視。雙縫實驗是量子力學最深原理的呈現,因而頗為受到科學家們的關注。

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