光的干涉：狄拉克长的不帅，但对于量子力学的理论不属于玻尔！

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1、导读：下文为量子力学科普书籍《见微知著》中《光的干涉》篇章。这一章我们来介绍和认识一下光的干涉现象和形成原因。干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。当两束或两束以上的光波在一定条件下相遇而叠加，引起光强的重新分布，从而在叠加区域形成稳定的、不均匀的光强分布，出现了明喑相间或彩色的条纹，这种现彖称为光的干涉。1801年，英国物理学家托马斯•杨在实验室里成功地观察到了光的干涉，证明了这种猜想。两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱

2、分布的现象，这证实了光具有波动性。虽然我们讲光的干涉，但要知道在物理学中，干涉指的是两列或两列以上的波在空间中重叠时发生叠加，从而形成新波形的现彖。例如采用分束器将一束单色光束分成两束后，再让它们在空间中的某个区域内重叠，将会发现在重叠区域内的光强并不是均匀分布的：其明暗程度随其在空间中位置的不同而变化，最亮的地方超过了原先两束光的光强之和，而最暗的地方光强有可能为零，这种光强的重新分布被称作"干涉条纹”。在历史上，干涉现象及其相关实验是证明光的波动性的重要依据，但光的这种干涉性质直到十九世纪初才逐渐被人们发现，主要

3、原因是相干光源的不易获得。为了获得可以观测到可见光干涉的相干光源，人们发明制造了各种产生相干光的光学器件以及干涉仪，这些干涉仪在当时都具有非常高的测量精度：阿尔伯特•迈克耳孙就借助迈克耳孙干涉仪完成了著名的迈克耳孙一莫雷实验，得到了以太风观测的零结果。迈克耳孙也利用此干涉仪测得标准米尺的精确长度，并因此获得了19（97年的诺贝尔物理学奖。而在二十世纪六十年代之后，激光这一高强度相干光源的发现使光学干涉测量技术得到了前所未有的广泛应用，在各种精密测量中都能见到激光干涉仪的身影。现在人们知道，两束电磁波的干涉是彼此振动的

4、电场强度矢量叠加的结果，而由于光的波粒二象性，光的干涉也是光子自身的几率幅叠加的结果。两列波在同一介质中传播发生重叠时，重叠范围内介质的质点同时受到两个波的作用。若波的振幅不大，此时重叠范围内介质质点的振动位移等于各别波动所造成位移的矢量和，这称为波的叠加原理。若两波的波峰（或波谷）同时抵达同一地点，称两波在该点同相，干涉波会产生最大的振幅，称为相长干涉（建设性干涉）;若两波之一的波峰与另一波的波谷同时抵达同一地点，称两波在该点反相，干涉波会产生最小的振幅，称为相消干涉（摧毁性干涉）我们现在熟知的光的干涉实验是杨氏双

5、缝实验。托马斯•杨在他的书《自然哲学讲义》里是这样描述的：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源（从一个点发出的光源）。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔屮射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。1207年，杨发表了《自然哲学与机械学讲义》,书中综合整理了他在光学方面的理论与实验方面的研究。并描述了双缝干涉实验，后来的历史证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列。杨的著作点燃了量子革

6、命的导火索，光的波动说在经过了百年的沉寂之后，终于乂回到了历史舞台上来。但是它当时的日子并不好过，在微粒说【牛顿光学的理论，也就是说杨对抗的是牛顿的权威】仍然一统天下的年代，杨的论文开始受尽了权威们的嘲笑和讽刺，被攻击为"荒唐'‘和"不合逻辑“。在近2。年间竟然无人问津，杨为了反驳还专门撰写了论文，但是却无处发表，只好印成小册子。但是据说发行后"只卖出了一-本S只卖岀一本，很难想象吋哪个人是因为可怜还是真的慧眼识人，买了杨的书。人家要知道，光的波动说，对于量子力学來说【波粒二彖性】是非常重要的。可以说是基础理论。光的

7、干涉现象是光的波动性的最直接、最有力的实验证据。光的干涉现象是牛顿微粒模型根木无法解释的，只有用波动说才能圆满地加以解释。由牛顿微粒模型可知，两束光的微粒数应等于每束光的微粒之和，而光的干涉现象要说明的却是微粒数有所改变，干涉相长处微粒数分布多；干涉相消处，粒子数比单独一束光的述要少，甚至为零。这些问题都是微粒模型难以说明的。再从另一角度来看光的干涉现象，它也是对光的微粒模型的有力的否定。因为光总是以的速度在真空中传播，不能用人为的方法来使光速作任何改变（除非在不同介质中，光速才有不同。但对于给定的一种介质，光速也是

8、一定的）。干涉相消之点根木无光通过。那么按照牛顿微粒模型，微粒应该总是以3xWa2^/s的速度作直线运动，在干涉相消处，这些光微粒到那里了呢？分振幅干涉——白光照明下的薄膜干涉僞子胖頸羽毛荼水表茴的的细汕・侥■的不《MR伙具农面云中的小水・水F的汽■■«*如果说两束微粒流在这些点和遇时，由于碰撞而停止了，那么停止了的（即速度不再是3x10^81