雙罅實驗粵拼soeng1 laa3 sat6 jim6double slit experiment),又可以叫雙狹縫實驗,係物理學上嘅一種實驗,專門用嚟展示一樣嘢有波動噉嘅特性。如果一樣嘢係波動,噉呢樣嘢通過雙罅實驗當中塊版上面嗰兩條好細嘅罅(雙罅)嗰陣,會出現干涉嘅情況,因而睇到干涉圖案。

:淨係得一條罅開咗嗰陣睇到嘅干涉圖案;
:兩條罅都開咗嗰陣睇到嘅干涉圖案。

响 1801 年有物理學家用呢種實驗,證實係種波動[1]

基本諗頭 編輯

睇埋:波動干涉

波動係指傳送能量嘅擾動。係波動,而好似等嘅電磁波都屬於波動。波動有好多種特性,其中一種係佢哋能夠有干涉[歐 1]嘅現象。

干涉係一種物理現象:當有兩股波動喺空間嘅某個位相遇嗰陣時,佢哋會互相增強或者抵消;例如有兩條相干[歐 2](指兩股波動頻率波形一樣)嘅光,如果佢哋同時照落去一塊屏幕嘅某一點上面,佢哋會互相增強或者抵消,增強嘅話嗰點會光咗,而抵消嘅話嗰點會暗咗;依家想像下圖噉,觀察者由正上方望落去,有股波動向右手邊行進,撞到一塊黃色嘅平面,塊平面令到股波動唔能夠繼續正常前進,但塊平面上面有兩條幼嘅罅,通過呢兩條罅嘅波動會喺黃色平面後嘅空間當中進行干涉,喺某啲位度佢哋會互相增強,而喺某啲位度佢哋會互相抵消,形成干涉圖案[2]

喺物理學對干涉嘅研究上仲有得計數,精確噉計出啲互相增強嘅位同埋啲互相抵消嘅位分別會喺邊。

 

雙罅實驗帶出嘅一個重要諗頭係

而家攞住一樣嘢,如果樣嘢喺雙罅實驗當中出現干涉,噉研究者就有證據話呢樣嘢係一種波動。

電子實驗 編輯

睇埋:量子力學

例如電子[歐 3](一種粒子)嘅雙罅實驗就好出名。想像下圖噉嘅佈置:喺呢場實驗入面,啲物理學家射一束電子落一塊平面(灰色嗰塊嘢)度,塊平面上有兩條極幼[註 1]嘅罅喺上面。

 

跟住落嚟物理學家就觀察到一個意想不到嘅現象[3]

束電子通過兩條罅,並且最後撞落去一塊屏幕(screen)上面,仲喺塊屏幕上面形成一個干涉圖案(interference pattern)。
 
依幅 gif 描繪雙罅實驗當中「啲粒子撞落塊屏幕度,啲點點慢慢形成好似波動干涉噉樣嘅光位暗位」嘅情形。

呢個噉嘅觀察喺當時好有革命性:响古典物理學上,能量(波動定義上係傳送能量嘅擾動)同物質不溜都畀人認為佢哋係本質上就唔同嘅兩樣嘢;但電子雙罅實驗顯示,電子(已知係種物質)都可以有干涉嘅現象,即係話好似物質噉嘅嘢(最少喺某啲情況下)可以展示出能量噉嘅特性;喺 1924 年,法國物理學家路易·德布羅意[歐 4]發表咗篇博士論文,提出「粒子具有啲本來諗住係波動先至會有嘅性質」-佢仲進一步指每一粒粒子都有個波長(波長係波動先有嘅一種特性),而且一粒粒子嘅波長仲有得攞呢條式計出嚟[4]

  

當中   係粒粒子嘅波長,而   係佢嘅動量。呢啲實驗同諗頭,帶起咗物質波[歐 5]嘅概念。物質波係講緊「物質同能量本質上係同一樣嘢」,所以每一件物質都會有同佢相應嘅物質「波」。

即係話

  • 由上面嘅討論睇得出,電子雙罅實驗等嘅證據顯示,一啲本嚟諗住佢哋係物質嘅嘢具有能量先會有嘅特性-電子雙罅實驗就顯示咗電子好似波動噉,曉做干涉;
  • 同時另外一啲實驗又顯示,一啲本嚟諗住佢哋係能量嘅嘢,會有物質先會有嘅特性[註 2]

呢啲噉嘅證據,帶出咗所謂嘅波粒二象[歐 6]概念;而啲方程式亦都反映咗呢點-  條式入面就將波長(能量先會有嘅一個物理量)同埋動量(物質先至會有嘅一個物理量)掕埋一齊。呢拃噉嘅研究,打破咗古典物理學界「能量同物質係兩樣本質上就唔同嘅嘢」噉嘅諗法,係量子力學[歐 7]理論嘅根基之一[3]

註釋 編輯

  1. 得嗰幾百 nm 咁闊。
  2. 詳情可以睇吓光電效應相關實驗展示嘅「光好似物質噉,分做一件件」。

睇埋 編輯

歐詞 編輯

  1. interference
  2. coherent
  3. electron
  4. Louis de Broglie
  5. matter wave
  6. wave-particle duality
  7. quantum mechanics

編輯

  1. Young, Thomas (1804). "The Bakerian lecture. Experiments and calculation relative to physical optics". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 94: 1-16.
  2. Feynman, Richard P.; Robert B. Leighton; Matthew Sands (1965). The Feynman Lectures on Physics, Vol. 3. Addison-Wesley. pp. 1.1-1.8.
  3. 3.0 3.1 Darling, David (2007). "Wave–Particle Duality". The Internet Encyclopedia of Science. The Worlds of David Darling. Retrieved 2018-04-15.
  4. Davisson, Clinton. The Discovery of Electron Waves. Nobel Lectures, Physics 1922-1941. Amsterdam: Elsevier Publishing Company. 1965 [2007-09-17].