環(huán)保工程師基礎(chǔ)輔導(dǎo)：量子力學(xué)原理

　　量子力學(xué)原理

　　為了確定起見，我們用光做實(shí)驗(yàn)。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(dá)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(gè)”(或任何部分，光子的能量雙縫實(shí)驗(yàn)。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(gè)光子才被觀察到。

　　然而，光子通過縫隙時(shí)似乎產(chǎn)生了類波動(dòng)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(dòng)傳播的一個(gè)特征。但是，這些對(duì)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(jī)地偏折到兩邊去。當(dāng)相當(dāng)強(qiáng)的光也就是大量的光子通過縫隙時(shí)，屏幕上的照度顯得非常均勻。但是如果降低光強(qiáng)度，則人們可斷定，其亮度分布的確是由單獨(dú)的斑點(diǎn)組成——和粒子圖像相一致——是單獨(dú)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(jì)效應(yīng)。(為了比較起見，一個(gè)60瓦的電燈泡每一秒鐘大約發(fā)射出10^20個(gè)光子!)光子在通過狹縫時(shí)的確被隨機(jī)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(dāng)我們打開另一條縫隙時(shí)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(gè)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(yǔ)稱為單色的，也即具有確定的波長(zhǎng)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(zhǎng)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(yuǎn)。在相當(dāng)強(qiáng)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?cè)谄聊恢行母浇煽吹酱蠹s三毫米寬的稱為干涉模式的條紋的波動(dòng)形狀。我們也許會(huì)期望第二個(gè)縫隙的打開會(huì)簡(jiǎn)單地把屏幕的光強(qiáng)加倍。如果我們考慮總的照度，這是對(duì)的。但是現(xiàn)在強(qiáng)度的模式的細(xì)節(jié)和單縫時(shí)完全不同。屏幕上的一些點(diǎn)——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(diǎn)--也就是模式在該處最暗處--光強(qiáng)為零。強(qiáng)度為零的點(diǎn)給粒子圖像帶來了最大的困惑。這些點(diǎn)是只有一條縫打開時(shí)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。我們讓光子通過另一條途徑時(shí)，怎么會(huì)在實(shí)際上變成它在任何一條途徑都通不過呢?

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