在前一篇博文中作者使用了墙壁、白纸当作观测屏幕显示干涉条纹。如果使用理想的平面镜作为屏幕，人们能在镜面上看到干涉条纹吗？

经典连续介质光学理论已经给出符合实际的答案：即在理想镜面上看不到普通观测屏幕上的干涉条纹，只能看外部世界的镜像，不含干涉条纹；另外，镜面能将干涉条纹反射到对面的墙面或其它观测屏幕上。普通屏幕不是镜面，不显示镜像，却将双缝膜发射的干涉光，通过漫反射直接在屏幕清晰地显示成不同方向都能看到的干涉条纹。

作者通过以下实验照片验证以上所述。

图1 显示实验中镜面反射到墙上的干涉条纹。

图1

图2 显示在室内灯光下相机从侧面拍摄的镜面，此时镜面正对着双缝膜，实验中的双缝膜发出的干涉光几乎垂直地射向镜面，从相机角度看不到双缝膜的镜像，看到的是侧面物体的镜像。

图2

图3 显示与 图2 同样条件下，关掉室内灯光后的镜面照片。

图3

图2 与 图3 均显示镜面上不存在（其反射到墙面上（图1显示）的）干涉条纹。

图4 显示另一张有室内灯光的镜面照片，此时镜面稍微转向照相机。

图4

图5 显示与 图4 相同条件下，关掉室内灯光后的镜面照片。

图5

注意 图5 中镜面上略显示出类似于干涉条纹的红色亮斑。作者猜测这是由于镜面不是理想的那样光滑，而是有极细微的粗糙造成的微小漫反射现象。如果是理想镜面（实际做不到），而且镜面绝对没有浮尘，就不会拍到那些微弱的红色斑。

图6 是有室内灯光条件下，镜面转到双缝膜镜像直对相机镜头的情况下拍摄的。理想的操作应该让双缝膜的镜像恰好位于镜子中央的竖直线。作者的手动操作难以做到那么准确，只能尽力做得好些。

图6

图7 显示在与 图6 相同的条件下，室内灯光关掉后拍摄的（曝光1秒）镜面。

图7

注意：图7 出现了一系列成排的红色斑点，而且左右不太对称（不对称是由于双缝的镜像没有调到镜子的中央垂直线），这是与 图6 的显著差别。 作者认为不同排的微红斑点是由于镜面粗糙形成的漫反射，镜面将干涉条纹反射到相机镜头内多个镜片（本相机镜有17片）表面，但是反射镜面没有理想地与相机镜片表面平行造成的结果（如果严格平行，那些不同排的亮斑会集中显示到图中最亮白色斑点所在的水平线上）。如果进一步微调镜面的角度，使其更平行于镜头面，同时减少曝光时间这些差别会消失。图8 便是这样尝试的结果（曝光时间减为4分之一秒）

图8

综合以上图片可以肯定，理想的平滑镜面上不会出现干涉条纹。

图9 显示有室内灯光的条件下，干涉光在纸制屏幕上造成干涉条纹，相机从侧面拍的屏幕照片。

图9

图9 表明无论有无外界灯光，无论从哪个观测角（事实上包括背面），都会在屏幕上明显地看到干涉条纹。

理论上可以将镜面与普通屏幕的不同表现归结为：本质上镜面由纯平光滑的金属面构成，而屏幕一般是用表面粗糙的绝缘材料制作。对入射光，镜面通过反射传走，传到普通屏幕使人看到，屏幕则是漫反射，使观看者从任何角度都可看到屏幕上的干涉条纹。

关于漫反射（注：此段是作者尽力以严格的方式解释漫反射，较难读懂。其实一般读者可越过此段，直接读后面的段落。弄懂此概念也可参考其它读物），一般的理论解释是假设屏幕物质仍能反射光，但表面必须粗糙到如下的复杂程度，以致于对任何指定的方向，屏幕表面各个不同微小区域上都存在如下的点，该点处屏幕面的切平面法线指向预先指定的方向。这样当光射到屏幕时，入射光按反射率在屏幕的任何微小区域反射时，屏幕在该小区域都存在这样的点，使该点处的反射光指向给定的方向。只有这样人们才能从不同方向看到屏幕上的干涉花纹。

无论如何，上面的解释都要使用光的反射理论。经典的光波动理论与连续介质电动力学，均对光波与屏幕介质做了连续分布的假设。理论上需要根据连续介质电动力学的方法，推导出介质中电荷对光波的反应，进一步推导出由此产生的常数折射率。这需要对介质的有关物理量进行统计平均。理论上还必须假设光波为一束平行光，使光束的波前是个与传播方向垂直的平面，才能利用惠更斯原理计算出折射角与反射角。这样就必须假设波前的光（子）始终相互配合，使反射光及折射光的波前都是平面。因此，在连续介质的假设下可以很好地解释折射与反射规律。

量子光学能不能解释这些规律呢？如果用量子光学解释反射现象就必须使用光子的概念。这时光束及介质都不再是连续的，而是有限的光子，分子或原子。给定的 “单光子” 必须独自地射到屏幕物质中某特定的分子或原子使其发光：此时 “单光子” 不应该是像钢球那样撞到刚性的墙被弹性地反射回来，而是使那里的分子或原子产生受激辐射。此时，为什么会有折射率常数，为什么会有确定的折射角，反射角？翻遍了目前看到的文献（如【1】，【2】，【3】，【4】，【5】等），虽然其中有关于“受激辐射”的论述，作者发现都不涉及受激辐射产生的光子方向问题。作者认为这是量子光学理论的固有缺欠。特别需要指出的是用孤立的 “单光子”、“单分子"、"单原子" 来回答以上反射角问题更是从本质上就不可能。真有想象中的 “单光子” 吗？

参考文献

【1】 梁铨廷 ，《物理光学》，高等教育出版社， 345 页 1980 年 8 月第 1 版 15033·4873 

【2】 曾谨言，《量子力学》II，科学出版社，2000年 第III版

【3】 郭鸿，     《量子光学讲义》，北大教材

【4】 郭光灿， 《量子光学》，网络版。

【5】维基百科：  https://en.wikipedia.org/wiki/Stimulated_emission