2014年化工工程師普通物理知識點輔導(dǎo)26

　　量子力學原理

　　為了確定起見，我們用光做實驗。按照通常的命名法，光量子稱為“光子”。光作為粒子(亦即光子)的呈現(xiàn)最清楚地發(fā)生在屏幕上。光以分立的定域性的能量單位到達那里，這能量按照普郎克公式E=hv恒定地和頻率相關(guān)。從未接收過“半個”(或任何部分，光子的能量雙縫實驗。光接收是以光子單位的完全有或完全沒有的現(xiàn)象。只有整數(shù)個光子才被觀察到。

　　然而，光子通過縫隙時似乎產(chǎn)生了類波動的行為。先假定只有一條縫是開的(另一條縫被堵住)。光通過該縫后就被散開來，這是被稱作光衍射的波動傳播的一個特征。但是，這些對于粒子的圖像仍是成立的?？梢韵胂罂p隙的邊緣附近的某種影響使光子隨機地偏折到兩邊去。當相當強的光也就是大量的光子通過縫隙時，屏幕上的照度顯得非常均勻。但是如果降低光強度，則人們可斷定，其亮度分布的確是由單獨的斑點組成――和粒子圖像相一致――是單獨的光子打到屏幕上。亮度光滑的表觀是由于大量的光子參與的統(tǒng)計效應(yīng)。(為了比較起見，一個60瓦的電燈泡每一秒鐘大約發(fā)射出10^20個光子!)光子在通過狹縫時的確被隨機地彎折――彎折角不同則概率不同，就這樣地得到了所觀察到的亮度分布。

　　然而，當我們打開另一條縫隙時就出現(xiàn)了粒子圖像的關(guān)鍵問題!假設(shè)光是來自于一個黃色的鈉燈，這樣它基本上具有純粹的非混合的顏色――用技術(shù)上的術(shù)語稱為單色的，也即具有確定的波長或頻率。在粒子圖像中，這表明所有光子具有同樣的能量。此處波長約為5×10-7米。假 定縫隙的寬度約為0.001毫米，而且兩縫相距0.15毫米左右，屏幕大概在一米那么遠。在相當強的光源照射下，我們?nèi)匀坏玫搅艘?guī)則的亮度模式。但是現(xiàn)在我們在屏幕中心附近可看到大約三毫米寬的稱為干涉模式的條紋的波動形狀。我們也許會期望第二個縫隙的打開會簡單地把屏幕的光強加倍。如果我們考慮總的照度，這是對的。但是現(xiàn)在強度的模式的細節(jié)和單縫時完全不同。屏幕上的一些點――也就是模式在該處最亮處――照度為以前的四倍，而不僅僅是二倍。在另外的一些點--也就是模式在該處最暗處--光強為零。強度為零的點給粒子圖像帶來了最大的困惑。這些點是只有一條縫打開時粒子非常樂意來的地方。現(xiàn)在我們打開了另一條縫，忽然發(fā)現(xiàn)不知怎么搞的光子被防止跑到那里去。

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