25.楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)室中，周晨從雜物堆中取出新購置的漆黑色的厚重幕布，遮住了所有窗戶。

　　幕布的遮蔽效果相當(dāng)不錯(cuò)，當(dāng)最后一片幕布掛上時(shí)，實(shí)驗(yàn)室中頓時(shí)變得一片黑暗，伸手不見五指。

　　嗯，訂制幕布的這家店還是蠻靠譜的啊！

　　周晨環(huán)顧四周，確認(rèn)了外界光源不會(huì)產(chǎn)生任何影響，按下了控制燈的開關(guān)。

　　林雪思蹙眉不解，問道：“周晨，你這是要做什么實(shí)驗(yàn)，為什么搞得這么神秘？”

　　“沒什么神秘的，只是其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要消除外界光源的影響?！敝艹客屏送蒲坨R，“這就是一個(gè)很簡(jiǎn)單的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，只是采用了新的設(shè)備?！?p>　　“雙縫干涉實(shí)驗(yàn)？那是什么？”

　　周晨微微一愣，道：“如果我沒記錯(cuò)的話，高中物理課似乎講過吧？這是光學(xué)一個(gè)很著名的實(shí)驗(yàn)?！?p>　　林雪思眨眨眼，回憶道：“但是，我們……似乎真的沒有學(xué)過誒?！?p>　　“……”

　　“我記得講物理課的時(shí)候，你經(jīng)常曠課，會(huì)不會(huì)是你記錯(cuò)了呢？”

　　周晨扶額道：“好吧，可能是我記岔了?！?p>　　這就不太好辦了啊，林雪思竟然沒有光學(xué)基礎(chǔ)，難不成我還要給她科普一下？

　　算了算了，下午時(shí)間長(zhǎng)的很，我就勉為其難地幫你科普一下這些基本知識(shí)吧！

　　“首先，你知道光的波粒二象性吧？”周晨開始了他的講解。

　　“先說波和粒。如果你手中有一把槍，然后對(duì)著這面墻來了一槍，子彈會(huì)打在一個(gè)點(diǎn)上。這顆子彈，可以看成是一個(gè)粒子。

　　“現(xiàn)在，如果我站在這個(gè)房間外大喊一聲，你站在任何一個(gè)位置都能聽到，這是波。”

　　“在直覺上，這兩個(gè)東西似乎毫無關(guān)系。但是，在微觀領(lǐng)域的光子，它既是粒子，也是波，這就是光的波粒二象性?！?p>　　“這個(gè)我知道，班主任講過愛因斯坦的光電效應(yīng)，并且因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。”

　　周晨點(diǎn)點(diǎn)頭，繼續(xù)說道：“光到底是粒子還是波，這個(gè)問題爭(zhēng)論了很久。得到這個(gè)結(jié)論時(shí)，當(dāng)時(shí)的人怎樣都無法理解，一個(gè)東西，它怎么可能是波的同時(shí)也是微粒？”

　　“當(dāng)然，現(xiàn)在的人由于基礎(chǔ)教育比較好，可以輕松地理解當(dāng)時(shí)的人絞盡腦汁也想不明白的問題?！?p>　　“之后，在光表現(xiàn)出波粒二象性之后，科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了電子的波粒二象性，而后德布羅意提出了大膽的假設(shè)，認(rèn)為所有的物質(zhì)都具有波粒二象性，總結(jié)出了公式：E＝mc2=hμ，p=mv=h/λ，其中E為能量，c為光速，h為普朗克常數(shù)，μ為頻率，p為動(dòng)量，m為質(zhì)量，v為速度，λ為波長(zhǎng)?！?p>　　“p=h/λ這個(gè)公式很好的解釋了為什么宏觀物體表現(xiàn)不出波動(dòng)性。因?yàn)閯?dòng)量p是物體的質(zhì)量與速度的乘積，普朗克常數(shù)又是固定的，因此質(zhì)量越大的物體波長(zhǎng)越小，宏觀的物體表現(xiàn)不出波動(dòng)性?！?p>　　林雪思歪歪頭，道：“我明白了，但這與你剛剛說的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)有什么關(guān)系？”

　　咳咳，似乎的確扯得有點(diǎn)遠(yuǎn)了……

　　“當(dāng)然有關(guān)系，等一下你就知道了?！敝艹棵娌桓纳?，從桌面上拿起一個(gè)塑料薄板，展示給面露疑惑的林雪思，“接下來，我們先做一下楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。仔細(xì)看，這個(gè)薄板有兩條縫?！?p>　　林雪思瞪大雙眼，貼近了觀察，才看到薄板上確實(shí)兩條相距不遠(yuǎn)的極細(xì)的縫。如果不仔細(xì)觀察，根本注意不到。

　　“我看到了?！?p>　　“很好?！敝艹繚M意的點(diǎn)點(diǎn)頭，將薄板立于桌面上，在薄板一側(cè)放上了一根發(fā)射紅光的激光筆，另一側(cè)放上了接收的光屏。

　　他指指光屏，道：“現(xiàn)在，你看到了什么？”

　　“這是……”

　　光屏上出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋。

　　最中間的是一條最亮的明紋，它兩邊是兩條暗紋。中間的明紋兩邊依次是了次亮的明紋，暗紋，次次亮的明紋……直到一片模糊。

　　“這是為什么呢？”

　　“這束激光。”周晨指指薄板左邊的激光光源，“它通過了薄板上的兩個(gè)縫隙，通過薄板之后可以看成兩個(gè)完全相同的光源。然后，這兩束光的波峰波谷相互疊加，出現(xiàn)了明暗條紋典型的波特性?！?p>　　周晨看林雪思一臉茫然，解釋道：“想象一下，你現(xiàn)在用一把加特林對(duì)著一堵厚墻上的兩條縫掃射，后面再放一堵墻。如果我走到后面那堵墻旁邊觀察，我會(huì)發(fā)現(xiàn)，只有在槍口和兩條縫連線的延長(zhǎng)線上的墻面才有彈孔。彈孔是會(huì)聚集在兩個(gè)地方的，這是典型的粒子性。”

　　“而光子不一樣，它同時(shí)也是波，有波峰與波谷，這兩束光的波峰相互疊加或波谷相互疊加，就形成了明亮條紋；如果這兩束光的波峰與波谷相互疊加，光就被抵消，就形成了暗條紋?！?p>　　“原來是這樣……物理學(xué)原來這么神奇！”

　　周晨笑道：“先別著急感慨，我們的實(shí)驗(yàn)才做了五分之一?！?p>　　林雪思詫異道：“?。窟€有后續(xù)的實(shí)驗(yàn)嗎？”

　　“當(dāng)然?！敝艹侩S手把激光筆扔進(jìn)了雜物堆，換上了一個(gè)深黑色的匣子，“現(xiàn)在，我們換用電子來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)匣子，是電子的發(fā)射源。”

　　周晨打開匣子的開關(guān)，發(fā)射器開始正常工作發(fā)射電子。

　　另一邊的光屏上，同樣顯示出了明暗相間的干涉條紋，除了顏色不同，幾乎與剛才的圖像一模一樣。

　　“這就是我剛剛說的物質(zhì)的波動(dòng)性。電子的質(zhì)量極小，為一點(diǎn)六乘十的負(fù)十九次方，波動(dòng)性顯著，因此，用電子做實(shí)驗(yàn)，同樣表現(xiàn)出了同樣的圖案。”

　　林雪思鼓掌道：“好厲害！”

　　周晨擺擺手，道：“這有什么厲害的，真正的重頭戲還沒開始呢。”

　　他撥動(dòng)匣子上的幾個(gè)開關(guān)，并將薄板右側(cè)的光屏換成一個(gè)特殊的顯示器，解釋道：“我調(diào)整了電子的發(fā)射頻率，現(xiàn)在這個(gè)發(fā)射器每次只能發(fā)射一個(gè)電子。為了觀察到圖像，我把顯示屏也換了。由于單獨(dú)的電子成像毫無意義，現(xiàn)在的顯示的是這些獨(dú)立的電子累加之后的圖像。”

　　“單獨(dú)發(fā)射電子需要一定時(shí)間，大約十分鐘左右。我要取飲料去，你想喝點(diǎn)什么？”