初二天才為你講述楊氏雙縫幹涉實驗

    在初二教學班級我為孩子們準備了50多本物理有關的書籍讓他們自由借閱，並偶爾課前花幾分鐘讓孩子們分享他們的讀書收穫，培養他們對物理和自然的熱愛。在前兩位安排分享的同學發言完畢後，秦梓嚴同學自告奮勇要求上臺為同學們分享他對《楊氏雙縫幹涉實驗》的理解和由此得到的一些認識，下面我們就一起來感受他為我們呈現的精彩分享吧。

秦梓嚴同學自信睿智的演講

    「假若光束是由經典粒子組成，將光束照射於一條狹縫，通過狹縫後，衝擊於探測屏，則在探射屏應該會觀察到對應於狹縫尺寸與形狀的圖樣。可是，假設實際進行這單縫實驗，探測屏會顯示出衍射圖樣，光束會被展開，狹縫越狹窄，則展開角度越大。在探測屏會顯示出，在中央區域有一塊比較明亮的光帶，旁邊襯託著兩塊比較暗淡的光帶。

實驗裝置介紹

光學表述原理圖

託馬斯.楊

    19世紀初，託馬斯·楊發表了一篇論文《物理光學的相關實驗與計算》詳細闡述這些實驗結果。

    意味著光其實是一種振動波，這促使光波動說被廣泛接受，也導致17、18世紀的主流光微粒說漸趨被否定。

    但是後來對於光電效應的理論突破演示出，在不同狀況，光的物理行為可以解釋為光是由粒子組成。這些貌似相互矛盾的發現，使得物理學家必須想辦法超越經典力學，更仔細地將光的量子性質納入考量。因此光的波動說又受到了衝擊和考驗。

    按照粒子說，光是由一份一份不連續的光子組成，當某一光子照射到對光靈敏的物質上時，它的能量可以被該物質中的某個電子全部吸收。電子吸收光子的能量後，動能立刻增加;如果動能增大到足以克服原子核對它的引力，就能在十億分之一秒時間內飛逸出金屬表面，成為光電子，形成光電流。這種由光能變成電能自動放電的現象，就叫光電效應。赫茲於1887年發現光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應，光電效應有利的證明了光具有粒子性。

    最為難得可怕的是小秦同學對該試驗的」哥本哈根詮釋「做出了說明。應用概率波的概念於雙縫實驗，物理學家可以計算出微觀物體抵達探測屏任意位置的概率。"光子的發射時間與抵達探測屏時間可以確定，在這兩個時間之間任何其它時間光子的位置都無法被確定；為了要確定光子的位置，必須以某種方式探測它；可是，一旦探測到光子的位置，光子的量子態也會被改變，幹涉圖樣也因此會被影響；所以，在發射時間與抵達探測屏時間之間，光子的位置完全不能被確定。驚訝難以理解的是，「假若，用探測器來探測光子會經過兩條狹縫中的那一條狹縫，則原本的幹涉圖樣會消失不見」；假若又將這探測器所測得路徑信息摧毀，則幹涉圖樣又會重現於探測屏。」

    位置和時間的無法確定海森堡於1927年提出了「不確定性原理」，簡單來說：「就是如果要想測定一個量子的精確位置的話，那麼就需要用波長儘量短的波，這樣的話，對這個量子的擾動也會越大，對它的速度測量也會越不精確；如果想要精確測量一個量子的速度，那就要用波長較長的波，那就不能精確測定它的位置。」此外，不確定原理涉及很多深刻的哲學問題。沒有多少人喜歡哲學，應為這玩意愛因斯坦老了才玩得動哲學。

那麼不確定性原理和薛丁格的貓又有什麼關係呢？

    「在量子力學的觀點看來，海森堡的不確定性原理適用於一切物理對象，只不過在宏觀上其效果很不微弱，完全可以忽略。不確定原理的本質在於告訴我們，微觀粒子的各種物理量本身就是不確定的，而不是我們測不準。量子力學向我們展示了一個本質上客觀上就不確定的世界。在深究就會涉及到一些很深的物理哲學問題，比如物理定理的本質是統計性的（如量子力學）還是確定性的（入經典力學和相對論）不確定性原理是量子力學的基礎，其重要意義在於奠基了量子力學，而沒有量子力學哪來的微電子，哪來的計算機，那來的這個答案。所謂薛丁格的貓，不過是對量子力學根本哈根學派的解釋的一個責難，不過是把一個微觀過程形象的用一個宏觀過程比喻了出來，當不得真的。要不然你就陷入了唯心的深淵。——————內容來自網際網路。

    我們仔細觀看秦梓嚴同學的演講視頻就會發現他從楊氏雙縫幹涉實驗就談到了不確定性原理和量子貓等有趣的問題。難能可貴，為他點讚

就快初二的期末考試了這裡分享幾位優秀同學的基礎知識複習筆記。