光到底是什麼？如何透過實驗證明？他有什麼特性？一起來了解

在

現代物理學

中，

雙縫實驗

證明了光和物質都可以表現出經典定義的波和粒子的特性；

此外，它展示了量子力學

現象的基本機率性質。這種型別的實驗首先由托馬斯

·楊 （

Thomas Young

） 於 1802 年進行，以證明可見光的波動行為。當時人們認為光是由波

或

粒子組成

的。

大約一百年後，隨著現代物理學的興起，人們意識到光實際上可以表現出

波

和波

的行為特徵

粒子。

1927 年，

戴維森和革默

證明電子錶現出相同的行為，後來擴充套件到原子和分子。托馬斯

·楊 （Thomas Young） 的光實驗是

經典物理學

的一部分，遠早於量子力學和

波粒二象性

概念的發展。他認為這表明

光的波動理論

是正確的，他的實驗有時被稱為

楊氏實驗

或楊氏狹縫。

該實驗屬於

“雙路徑”實驗的一般類別，其中一個波被分成兩個獨立的波（波通常由許多光子組成，更好地稱為波前，不要與波特性混淆單個光子），然後組合成一個波。兩個波的路徑長度的變化導致

相移

，從而產生

干涉圖案

。另一個版本是

Mach–Zehnder 干涉儀

，它使用分

束器

將光束分開。

在這個實驗的基本版本中，

相干光源

（例如

鐳射

束）照亮一個被兩條平行狹縫刺穿的板，然後在板後面的螢幕上觀察到穿過狹縫的光。光的波動性導致穿過兩個狹縫的光波發生

干涉

，在螢幕上產生亮帶和暗帶

——如果光由經典粒子組成，則不會出現這種結果。然而，光總是被發現在螢幕上的離散點被吸收，作為單個粒子（而不是波）；干涉圖案透過這些粒子在螢幕上的不同密度而出現。此外，在狹縫處包括檢測器的實驗版本發現，每個檢測到的

光子

都透過一個狹縫（就像經典粒子那樣），而不是透過兩個狹縫（就像波一樣）。然而，

此類實驗

表明，如果檢測到粒子穿過哪個狹縫，則粒子不會形成干涉圖樣。

這些結果證明了波粒二象性

的原理。

其他原子級實體，如

電子

，被發現在向雙縫發射時表現出相同的行為。此外，觀察到對單個離散影響的檢測本質上是機率性的，這使用

經典力學

是無法解釋的。

這個實驗可以用比電子和光子大得多的實體來完成，儘管隨著尺寸的增加它變得更加困難。已進行雙縫實驗的最大實體是每個包含

2000 個原子的

分子（其總質量為

25，000 個

原子質量單位

）。

雙縫實驗（及其變體）因其清晰地表達了量子力學的核心難題而成為經典。因為它證明了觀察者預測實驗結果的能力的根本侷限性，

理查德

·費曼

稱其為

“一種無法用任何經典方式解釋的現象，它是量子力學的核心。在現實中，它包含了 ［量子力學］ 的唯一奧秘。”