钢铁直男的海克斯科技系统 25.杨氏双缝干涉实验

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    实验室中,周晨从杂物堆中取出新购置的漆黑色的厚重幕布,遮住了所有窗户。

    幕布的遮蔽效果相当不错,当最后一片幕布挂上时,实验室中顿时变得一片黑暗,伸手不见五指。

    嗯,订制幕布的这家店还是蛮靠谱的啊!

    周晨环顾四周,确认了外界光源不会产生任何影响,按下了控制灯的开关。

    林雪思蹙眉不解,问道:“周晨,你这是要做什么实验,为什么搞得这么神秘?”

    “没什么神秘的,只是其中一个实验需要消除外界光源的影响。”周晨推了推眼镜,“这就是一个很简单的双缝干涉实验,只是采用了新的设备。”

    “双缝干涉实验?那是什么?”

    周晨微微一愣,道:“如果我没记错的话,高中物理课似乎讲过吧?这是光学一个很著名的实验。”

    林雪思眨眨眼,回忆道:“但是,我们……似乎真的没有学过诶。”

    “……”

    “我记得讲物理课的时候,你经常旷课,会不会是你记错了呢?”

    周晨扶额道:“好吧,可能是我记岔了。”

    这就不太好办了啊,林雪思竟然没有光学基础,难不成我还要给她科普一下?

    算了算了,下午时间长的很,我就勉为其难地帮你科普一下这些基本知识吧!

    “首先,你知道光的波粒二象性吧?”周晨开始了他的讲解。

    “先说波和粒。如果你手中有一把枪,然后对着这面墙来了一枪,子弹会打在一个点上。这颗子弹,可以看成是一个粒子。

    “现在,如果我站在这个房间外大喊一声,你站在任何一个位置都能听到,这是波。”

    “在直觉上,这两个东西似乎毫无关系。但是,在微观领域的光子,它既是粒子,也是波,这就是光的波粒二象性。”

    “这个我知道,班主任讲过爱因斯坦的光电效应,并且因此获得了诺贝尔物理学奖。”

    周晨点点头,继续说道:“光到底是粒子还是波,这个问题争论了很久。得到这个结论时,当时的人怎样都无法理解,一个东西,它怎么可能是波的同时也是微粒?”

    “当然,现在的人由于基础教育比较好,可以轻松地理解当时的人绞尽脑汁也想不明白的问题。”

    “之后,在光表现出波粒二象性之后,科学家们又发现了电子的波粒二象性,而后德布罗意提出了大胆的假设,认为所有的物质都具有波粒二象性,总结出了公式:e=mc?=hμ,p=mv=h/λ,其中e为能量,c为光速,h为普朗克常数,μ为频率,p为动量,m为质量,v为速度,λ为波长。”

    “p=h/λ这个公式很好的解释了为什么宏观物体表现不出波动性。因为动量p是物体的质量与速度的乘积,普朗克常数又是固定的,因此质量越大的物体波长越小,宏观的物体表现不出波动性。”

    林雪思歪歪头,道:“我明白了,但这与你刚刚说的双缝干涉实验有什么关系?”

    咳咳,似乎的确扯得有点远了……

    “当然有关系,等一下你就知道了。”周晨面不改色,从桌面上拿起一个塑料薄板,展示给面露疑惑的林雪思,“接下来,我们先做一下杨氏双缝干涉实验。仔细看,这个薄板有两条缝。”

    林雪思瞪大双眼,贴近了观察,才看到薄板上确实两条相距不远的极细的缝。如果不仔细观察,根本注意不到。

    “我看到了。”

    “很好。”周晨满意的点点头,将薄板立于桌面上,在薄板一侧放上了一根发射红光的激光笔,另一侧放上了接收的光屏。

    他指指光屏,道:“现在,你看到了什么?”

    “这是……”

    光屏上出现了明暗相间的干涉条纹。

    最中间的是一条最亮的明纹,它两边是两条暗纹。中间的明纹两边依次是了次亮的明纹,暗纹,次次亮的明纹……直到一片模糊。

    “这是为什么呢?”

    “这束激光。”周晨指指薄板左边的激光光源,“它通过了薄板上的两个缝隙,通过薄板之后可以看成两个完全相同的光源。然后,这两束光的波峰波谷相互叠加,出现了明暗条纹典型的波特性。”

    周晨看林雪思一脸茫然,解释道:“想象一下,你现在用一把加特林对着一堵厚墙上的两条缝扫射,后面再放一堵墙。如果我走到后面那堵墙旁边观察,我会发现,只有在枪口和两条缝连线的延长线上的墙面才有弹孔。弹孔是会聚集在两个地方的,这是典型的粒子性。”

    “而光子不一样,它同时也是波,有波峰与波谷,这两束光的波峰相互叠加或波谷相互叠加,就形成了明亮条纹;如果这两束光的波峰与波谷相互叠加,光就被抵消,就形成了暗条纹。”

    “原来是这样……物理学原来这么神奇!”

    周晨笑道:“先别着急感慨,我们的实验才做了五分之一。”

    林雪思诧异道:“啊?还有后续的实验吗?”

    “当然。”周晨随手把激光笔扔进了杂物堆,换上了一个深黑色的匣子,“现在,我们换用电子来做这个实验。这个匣子,是电子的发射源。”

    周晨打开匣子的开关,发射器开始正常工作发射电子。

    另一边的光屏上,同样显示出了明暗相间的干涉条纹,除了颜色不同,几乎与刚才的图像一模一样。

    “这就是我刚刚说的物质的波动性。电子的质量极小,为一点六乘十的负十九次方,波动性显著,因此,用电子做实验,同样表现出了同样的图案。”

    林雪思鼓掌道:“好厉害!”

    周晨摆摆手,道:“这有什么厉害的,真正的重头戏还没开始呢。”

    他拨动匣子上的几个开关,并将薄板右侧的光屏换成一个特殊的显示器,解释道:“我调整了电子的发射频率,现在这个发射器每次只能发射一个电子。为了观察到图像,我把显示屏也换了。由于单独的电子成像毫无意义,现在的显示的是这些独立的电子累加之后的图像。”

    “单独发射电子需要一定时间,大约十分钟左右。我要取饮料去,你想喝点什么?”想和更多志同道合的人一起聊《钢铁直男的海克斯科技系统》,微信关注“优读文学 ”看小说,聊人生,寻知己~
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