25.楊氏雙縫干涉實驗
實驗室中，周晨從雜物堆中取出新購置的漆黑色的厚重幕布，遮住了所有窗戶。
幕布的遮蔽效果相當不錯，當最后一片幕布掛上時，實驗室中頓時變得一片黑暗，伸手不見五指。
嗯，訂制幕布的這家店還是蠻靠譜的?。?p> 周晨環(huán)顧四周，確認了外界光源不會產(chǎn)生任何影響，按下了控制燈的開關。
林雪思蹙眉不解，問道：“周晨，你這是要做什么實驗，為什么搞得這么神秘？”
“沒什么神秘的，只是其中一個實驗需要消除外界光源的影響?！敝艹客屏送蒲坨R，“這就是一個很簡單的雙縫干涉實驗，只是采用了新的設備?！?p> “雙縫干涉實驗？那是什么？”
周晨微微一愣，道：“如果我沒記錯的話，高中物理課似乎講過吧？這是光學一個很著名的實驗。”
林雪思眨眨眼，回憶道：“但是，我們……似乎真的沒有學過誒?！?p> “……”
“我記得講物理課的時候，你經(jīng)常曠課，會不會是你記錯了呢？”
周晨扶額道：“好吧，可能是我記岔了?！?p> 這就不太好辦了啊，林雪思竟然沒有光學基礎，難不成我還要給她科普一下？
算了算了，下午時間長的很，我就勉為其難地幫你科普一下這些基本知識吧！
“首先，你知道光的波粒二象性吧？”周晨開始了他的講解。
“先說波和粒。如果你手中有一把槍，然后對著這面墻來了一槍，子彈會打在一個點上。這顆子彈，可以看成是一個粒子。
“現(xiàn)在，如果我站在這個房間外大喊一聲，你站在任何一個位置都能聽到，這是波?！?p> “在直覺上，這兩個東西似乎毫無關系。但是，在微觀領域的光子，它既是粒子，也是波，這就是光的波粒二象性?！?p> “這個我知道，班主任講過愛因斯坦的光電效應，并且因此獲得了諾貝爾物理學獎?！?p> 周晨點點頭，繼續(xù)說道：“光到底是粒子還是波，這個問題爭論了很久。得到這個結論時，當時的人怎樣都無法理解，一個東西，它怎么可能是波的同時也是微粒？”
“當然，現(xiàn)在的人由于基礎教育比較好，可以輕松地理解當時的人絞盡腦汁也想不明白的問題。”
“之后，在光表現(xiàn)出波粒二象性之后，科學家們又發(fā)現(xiàn)了電子的波粒二象性，而后德布羅意提出了大膽的假設，認為所有的物質都具有波粒二象性，總結出了公式：E＝mc2=hμ，p=mv=h/λ，其中E為能量，c為光速，h為普朗克常數(shù)，μ為頻率，p為動量，m為質量，v為速度，λ為波長。”
“p=h/λ這個公式很好的解釋了為什么宏觀物體表現(xiàn)不出波動性。因為動量p是物體的質量與速度的乘積，普朗克常數(shù)又是固定的，因此質量越大的物體波長越小，宏觀的物體表現(xiàn)不出波動性?！?p> 林雪思歪歪頭，道：“我明白了，但這與你剛剛說的雙縫干涉實驗有什么關系？”
咳咳，似乎的確扯得有點遠了……
“當然有關系，等一下你就知道了?！敝艹棵娌桓纳?，從桌面上拿起一個塑料薄板，展示給面露疑惑的林雪思，“接下來，我們先做一下楊氏雙縫干涉實驗。仔細看，這個薄板有兩條縫?！?p> 林雪思瞪大雙眼，貼近了觀察，才看到薄板上確實兩條相距不遠的極細的縫。如果不仔細觀察，根本注意不到。
“我看到了。”
“很好?！敝艹繚M意的點點頭，將薄板立于桌面上，在薄板一側放上了一根發(fā)射紅光的激光筆，另一側放上了接收的光屏。
他指指光屏，道：“現(xiàn)在，你看到了什么？”
“這是……”
光屏上出現(xiàn)了明暗相間的干涉條紋。
最中間的是一條最亮的明紋，它兩邊是兩條暗紋。中間的明紋兩邊依次是了次亮的明紋，暗紋，次次亮的明紋……直到一片模糊。
“這是為什么呢？”
“這束激光?！敝艹恐钢副“遄筮叺募す夤庠?，“它通過了薄板上的兩個縫隙，通過薄板之后可以看成兩個完全相同的光源。然后，這兩束光的波峰波谷相互疊加，出現(xiàn)了明暗條紋典型的波特性?！?p> 周晨看林雪思一臉茫然，解釋道：“想象一下，你現(xiàn)在用一把加特林對著一堵厚墻上的兩條縫掃射，后面再放一堵墻。如果我走到后面那堵墻旁邊觀察，我會發(fā)現(xiàn)，只有在槍口和兩條縫連線的延長線上的墻面才有彈孔。彈孔是會聚集在兩個地方的，這是典型的粒子性?！?p> “而光子不一樣，它同時也是波，有波峰與波谷，這兩束光的波峰相互疊加或波谷相互疊加，就形成了明亮條紋；如果這兩束光的波峰與波谷相互疊加，光就被抵消，就形成了暗條紋?！?p> “原來是這樣……物理學原來這么神奇！”
周晨笑道：“先別著急感慨，我們的實驗才做了五分之一。”
林雪思詫異道：“??？還有后續(xù)的實驗嗎？”
“當然?！敝艹侩S手把激光筆扔進了雜物堆，換上了一個深黑色的匣子，“現(xiàn)在，我們換用電子來做這個實驗。這個匣子，是電子的發(fā)射源?！?p> 周晨打開匣子的開關，發(fā)射器開始正常工作發(fā)射電子。
另一邊的光屏上，同樣顯示出了明暗相間的干涉條紋，除了顏色不同，幾乎與剛才的圖像一模一樣。
“這就是我剛剛說的物質的波動性。電子的質量極小，為一點六乘十的負十九次方，波動性顯著，因此，用電子做實驗，同樣表現(xiàn)出了同樣的圖案?！?p> 林雪思鼓掌道：“好厲害！”
周晨擺擺手，道：“這有什么厲害的，真正的重頭戲還沒開始呢?！?p> 他撥動匣子上的幾個開關，并將薄板右側的光屏換成一個特殊的顯示器，解釋道：“我調整了電子的發(fā)射頻率，現(xiàn)在這個發(fā)射器每次只能發(fā)射一個電子。為了觀察到圖像，我把顯示屏也換了。由于單獨的電子成像毫無意義，現(xiàn)在的顯示的是這些獨立的電子累加之后的圖像?！?p> “單獨發(fā)射電子需要一定時間，大約十分鐘左右。我要取飲料去，你想喝點什么？”