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打破200多年认知误区:杨氏双缝实验中的明暗相间条纹不是光波的干涉图样

已有 1405 次阅读 2023-10-30 21:06 |系统分类:论文交流

杨氏双缝实验中的明暗相间条纹不是光波的干涉图样

杨氏双缝实验中明暗相间条纹被解释为波的相干叠加形成的干涉图样。这个解释从托马斯·杨至今200 多年来从未受到质疑,以至于人们不假思索地把明暗相间的条纹当做是波的干涉图样。人们在进行电子的晶体散射和双缝实验时观察 到了明暗相间的图样,于是就想当然地认为这是电子的衍射和干涉现象,进而认 为电子具有波动性,从而证实了德布罗意的物质波假说。然而,杨氏双缝实验中 明暗相间的条纹真的是波的相干叠加形成的干涉图样吗? 杨氏双缝实验中的明暗相间的条纹之所以被认为是光波的干涉图样,主要因 为人们把明暗相间的条纹与水波的干涉图样进行了类比。把光波类比为水波是可 以的,然而,把明暗相间的条纹类比为水波的干涉图样却是错误的。 

首先,水波的衍射现象是一列水波通过缝隙后形成了一列新的水波。因此, 所谓水波的衍射图样就是一列新的水波在波动的形态。如果把光波与水波作比较, 那么一束光通过单缝后的衍射图样应该也是一束新的光波在波动的形态。但是, 可见光的波长只有几百纳米,人眼无法分辨,我们根本无法看到光波的波动形态。 显然,光通过单缝后在屏幕上出现的明暗相间条纹并不是光的衍射图样。

其次,水波的干涉现象是两列水波在水面上发生波的相干叠加,出现波峰与 波峰或波谷与波谷叠加后振幅增强,波峰与波谷叠加后振幅相消的干涉图样。水 波的干涉图样呈现在水面上(我们称之为干涉面),干涉面与水波传播方向平行。 然而,由于可见光波长极小,我们无法看到光的波动,光通过双缝后根本不能在干涉面上看到光波的干涉图样。显然,在垂直于光的传播方向的屏幕上看到的明 暗相间的条纹不是光波的干涉图样。

第三,水波的运动可以借助光而被人眼所看见,而光波的运动我们却不能借 助光来观察。即使光的波长很长,我们也不能看见光在真空中的传播,只有光射 入人眼我们才能感觉到其亮光。光在介质中传播时,我们看到的光线传播路径是 介质发生散射的光进入人眼形成的,看不到光波在传播路径上的波动形态。因此, 即便光波发生了干涉现象,我们也根本看不见光波的干涉图样。双缝实验中屏幕 上的亮纹是光照射到屏幕上的物质散射的光进入我们眼睛形成的影像,不是光波 的波峰叠加后产生的影像。而暗纹则是该处没有光的散射,没有光进入我们的眼 睛,而不是因为光波的波峰与波谷抵消。 

第四,由于光能不会因相位相反而抵消,因此两束相位相反的相干光打到屏 幕上同一个点,该点的光强应该是增强的。可见,杨氏双缝实验的暗条纹解释明 显违背能量守恒原理和基本实验事实。最后,实验已经证明暗条纹并不是由于光的相消干涉形成的,而是因为根本 就没有光到达该处。比如,A. R. Nejad 等人(2020)进行了一系列新颖的实验, 证明了在暗条纹中根本检测不到任何光子。 

综上所述,光的单缝衍射和杨氏双缝实验中的明暗相间条纹并非光的衍射 和干涉图样。因此,明暗相间的条纹不能作为波的衍射和干涉的依据。 

那么明暗相间的条纹是如何形成的呢?下面我们分析粒子流通过缝隙后产生明暗相间条纹的机制......

请参看最新发表的论文

Zeng JQ, Zeng TH. Study on the diffraction-like and interference-like mechanisms of particle flow. Applied Physics Research,2023,5(2):157-172. https://doi.org/10.5539/apr.v15n2p157

中文版:粒子流的类衍射和类干涉机制研究



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