对双缝干涉实验感兴趣,哪位有做单光子双峰干涉实验的条件吗?
pen
探讨双缝干涉的问题可以从量子理论中的叠加态原理开始。叠加态目前是没法验证的,因为根据一些实验所“证明”,人不观测的时候,量子的状态是不确定的,而一旦观测,就会导致波函数坍塌,量子的状态才会确定。其中一个“证明”的实验就是单光子双缝干涉实验。用高速摄像机观测光子穿缝时,干涉消失,不观测时,干涉出现。有些人还认为这说明印证了意识可以改变物质。
我觉得上述是有问题的。为什么用高速摄像机观测才叫观测?用肉眼看不算观测吗?用眼睛看双缝干涉为什么就没有出现两种情况?还有没有其它的观测方式会影响?如果观测就真能使波函数坍缩,那那些单孔衍射、单缝衍射之类的实验中,观测应该也可以影响的出现吧?泊松亮光是一种波的“证据”嘛。另外,对这个实验中所谓能每次发射一个光子的说法,我也有些怀疑,因为如果能确定每次发射一个光子,先不说怎么实现的,这里面有没有实现中的问题,单就这个说法,不就已经明确了光是粒子而不是波了吗?而且,如果真能控制每次发射一个光子这么精确,那在双缝干涉实验中,瞄准哪个缝不是轻而易举吗?为什么还需要用高速摄像机观测穿过了哪个缝呢?这些都需要了解“每次发射一个光子”是怎么实现的,亲自做下实验才能知道了。由于以上疑问,我更倾向于其实是有一个未知的原因影响了结果,而不是因为叠加态,也不是意识影响。
再往前推一步,我认为经典的杨氏双缝干涉实验的结论也有问题。杨氏双缝干涉结果是墙上出现宽度相等明暗相间的条纹,科学家解释是说这是光是波的证据,两束光相互干涉,像水波干涉一样,波峰叠加处波幅加大,因此形成亮纹,波峰抵消处波幅抚平,因此形成暗纹。但我认为这个结论是有问题的。我们知道光和水波一样是横波(这可以用双偏振镜实验来证明),但无论是水这样的机械波还是光这样的电磁波,传送的时候都有能量(或粒子)沿着传送方向传递过去。而波在与前进方向垂直的方向上叠加还是抵消,其实不应该影响前进方向上的能量(或粒子),因为垂直方向上没有位移或推力,不代表传送方向上没有。所以我认为这个实验其实不能说明光是波,也不能说明是因为发生了类似水波的干涉导致出现了明暗相隔的现象。
再往前推一步,还有单孔/单缝衍射现象,结果是出现泊松亮斑或衍射条纹。这个也是通过类比水波来推断光是波,但这对吗?我也怀疑。因为水波的衍射现象其实在缝宽远大于波长的时候是很不明显的,当缝宽约等于波长的时候才非常明显。但光的波长是500纳米左右,而一般实验的孔径/缝宽大概也就是0.1毫米级别,大概是波长的2000倍,按理说应该没啥衍射效应才对。会不会其实是反射等其它原因造成的呢?这也需要进一步调整挡板的缝宽、厚度、颜色等去逐一排除。而且即便光是波,它也是横波,横波在垂直方向上波动为什么会影响传输方向上的光强度,从而导致出现明暗相间的圆环或条纹呢?这之间也说不同,如果确实是由于横波的波动导致光的强度有变化,那也应该是一起忽明忽暗,但整片同一时间的亮度无差别才对呀。当然考虑到可见光的频率非常高,大概每秒50亿次的级别,人眼肯定是分辨不出来了,那应该看似一直亮着才对。这点其实可以用最先进的高速摄像机(据说可以达到每秒10万亿桢)来验证,看是不是忽明忽暗的。
如果有条件的话,我挺想做一系列实验来验证这些问题的。
单圆孔衍射相关实验:
1、验证与圆孔内壁反射是否有关:尝试把圆孔挡片的厚度从厚到薄调整看有何变化(从毫米级别到纳米级别)
2、验证与圆孔内壁反射是否有关:尝试把挡片圆孔内壁涂成纯黑看有何变化
3、观察与孔的大小的关系,从大到小调整看有何变化(以往看到的实验,空的大小都在零点几毫米级别,看是否有方法缩小到跟波长相当,看变化,这个难度极大)
4、尝试用不同的光,比如单色经偏振镜
过滤的光,方向跟圆孔的相对角度发生变化,波纹是否有变化
单缝干涉相关实验:
1、验证与缝的内壁反射是否有关:尝试把挡片的厚度从厚到薄调整看有何变化(从毫米级别到纳米级别)
2、验证与缝的内壁反射是否有关:尝试把挡片内壁涂成纯黑看有何变化
3、观察与缝宽与干涉明显程度的关系:调节缝宽,从较宽到与波长相当
双缝干涉相关实验:
类似上述
1、调节两缝之间距离
2、调节挡板厚度、缝宽、颜色等
3、调节光源如偏振处理等
其它研究点:
1、深究一下逐个发射光子是怎么做到的,有没有啥漏洞。
2、观测对单孔衍射、单缝衍射实验结果有影响吗?
ps:物理不是我的工作,仅是业余兴趣,理解不对之处还请不吝指正。
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