双缝实验的目的是什么?

小夏 科学 更新 2024-01-31

想象一个场景,你面前有一堵铜墙,墙上有两条平行的缝隙,墙后面是一堵“沙墙”,它会被任何撞击它的东西“吸收”。 如果你用机枪在双缝处射击,子弹有可能穿过缝隙并击中你身后的墙壁。 随着发射的子弹数量,墙壁会吸收越来越多的子弹。 假设枪口经常错位,不是很准确,所以你射出的子弹可能会向各个方向偏离,子弹在穿过狭缝时可能会偏转,所以墙后的子弹不是聚集在一个点上,而是以某种方式分布。

关闭其中一个狭缝,向另一个狭缝射击,得到两组子弹分布数据p1和p2,然后打开两个狭缝,同时向两个狭缝射击,得到子弹分布数据p。 我们发现 p p1 p2。

让我们改变实验。 在S处有一个电光源,在光源的右边有一堵不透明的墙,在S1和S2处的墙上有两个缝隙,在这堵墙后面有一堵墙。

关闭 S2 狭缝,使光线仅通过 S1 狭缝,即可获得墙上的光强分布 I1。 然后,关闭S1狭缝,使光线仅通过S2狭缝,即可获得壁面上的光强分布I2。

最后,同时打开两个狭缝,让光线同时通过两个狭缝,在墙上会得到光强分布i,这时i i1 i2?

答案是否定的!

从 S1 和 S2 通过的光都来自 S,并且从 S 到 S1 和 S2 的距离相等,因此我们可以认为 S1 和 S2 处的光是“相同”的。 对于接收墙上的不同位置,即当两束光在不同位置相交时,它们各自采取不同的路径路径。

如果光线波动,则路径长度不相同,相应的相位也不同。 因此,当两束光相加时,光强度不是简单的相加,而是存在一个额外的干涉项。 该干涉项的大小与两束光之间的相位差有关,该相位差既有正值也有负值。 取正值时,组合光强于直接相加两束光强;当取负值时,组合光强度为 0。 因此,墙上的光照强度会随着位置的变化而变化,有明暗之分,并且有一定的规律性,即明暗条纹。

因此,如果光的双缝实验结果是亮点之间的条纹,那么它就证明光是波动的。 双缝实验可以验证波的性质,不仅对光,而且对电子。 电子的双缝实验非常经典,有兴趣的读者可以参考费曼的《物理学讲义》第三卷。

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