科學小實驗:楊氏雙縫幹涉實驗

2021-01-18 Albert的科學實驗

你們知道光是什麼嗎?

光不是到處都有嘛,天晴的時候有太陽光,晚上有燈光。但是光本身是什麼,你知道嗎?

聽說很古老很古老的時候,人們認為,我們的眼睛會發出一種東西,照到哪裡,哪裡就可以被我們看到。

後來,又有人認為,光是一個個非常小的顆粒,從物體上發出,射進我們的眼睛,然後就讓我們看見啦。這好像挺有道理的,這就是光的粒子假說。

再後來,又有人認為光還可能是一種波,因為科學家發現光線在經過兩條非常狹窄的縫隙的時候,它會變成好多條光線。這叫幹涉,振動波才有這樣的現象,如果光是粒子的話,在它後面應該是兩條細細的光線。

這個實驗就是著名的楊氏雙縫幹涉實驗,聽說這個實驗改變了整個世界呢。今天我們嘗試看看能不能也做一個這樣的實驗。

第1步:準備一個光源。

經過我們嘗試發現,用普通自然光或燈光很難觀察到雙縫幹涉現象,因為裡面有不同的光混合在一起,要用單色光,而且要用紅色的單色光,因此,我們找到一個雷射探照燈:

這是一個紅色雷射光源(這個雷射雖然相對比較安全,但也提醒家長,不要對著眼睛照)

第2步,我們找一個不透光的物體,最好是卡片狀的,我們找到一張火車票:

第3步,用鋒利的小刀在上面開兩條細長的縫,而且兩條縫間隔不要超過1毫米:

第4步,把光源對準這兩條縫:

然後照向離得稍微遠一點,大概2米遠的牆壁,你就可以看到明暗相間的好多條幹涉條紋啦:

再看一個更清晰的,數數看一共有幾條?:

你看到了嗎?這可是當年引起科學界極大轟動的楊氏雙縫幹涉實驗哦。

是不是很酷啊,你也可以試試。


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【補充說明】

一開始,我還擔心很難在家裡復現這個實驗,結果出人意料,我們居然做出來雙縫幹涉現象了,很開心。總結做成功的幾個要點:

(1)光源,一定要單色雷射,普通燈光,手電筒,LED燈之類的很難觀測到。

(2)最好選紅色雷射(其它顏色沒試過,有條件的朋友可以試試),因為它對雙縫尺寸要求精度沒那麼高。教學用的雷射筆之類的也行,注意保護好小孩眼睛,不要直視雷射光源。

(3)狹縫一定要細,縫隙間隔不要超過1mm,最好控制在0.5mm左右。


楊氏雙縫幹涉實驗是一個著名的實驗,最初,科學家們只是發現了光會發生幹涉,由此提出了光的波動說。再後來,隨著雙縫實驗的發展,科學家用不同的粒子,不同的方法進行幹涉實驗,實驗結果在經典物理學界引發巨大的地震,這個實驗給物理學界帶來的衝擊,用顛覆一詞來形容一點也不為過,它的很多現象詭異到甚至讓你懷疑人生。


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