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1700931486 我们开始做这个实验,挡住左边的狭缝,结果得到的是屏上毫无特点的光点。如果减弱光的强度,我们发现光点实际上是由单个光子产生的闪光的集合。闪光是无法预测的,但当有很多闪光时,多个光点构成了一个图案。
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1700931491 如果我们打开左边的狭缝,挡住右边的狭缝,屏上的图案除了向左发生了微小的移动之外,几乎没有发生变化。
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1700931493 当我们同时打开两条狭缝时,令人吃惊的事情发生了。并不是仅将穿过左侧的光子和穿过右侧的光子加起来,而形成一个更强但仍然毫无特色的光斑,与此相反,我们的做法导致了一个新型的斑马条纹。
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1700931498 关于新图案的一个非常奇怪之处是,即使在单缝时的闪光相同的区域,也存在没有光子到达的暗条纹。选取中央暗条纹中的一点X。当每次只有一个狭缝打开时,光子轻易地通过它并到达X。然而当打开两个狭缝时,产生了光子流不能到达X处的反常效应。为什么打开两个狭缝反而降低了光子到达目的地的可能性呢?
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1700931500 想象一群喝醉酒的犯人,他们摇摇晃晃地走过一个有着两扇门的地牢到外面去。狱卒很细心,从不会打开一扇门,由于某些犯人喝醉了酒,可能会偶然地找到出路。但是两扇门都打开时,他会感到不安。因为当打开两扇门时,由于某种神秘的魔法,阻止醉汉逃出去。当然,这并不是对真实的犯人所发生的情形,但它是量子力学有时会预测的一类事情。
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1700931502 当光被看作粒子时,这个效应是异乎寻常的,然而将光看作波就很普通了。从两个缝发出的两列波在某些点相互加强,某些点相互抵消。在光的波动理论中,暗条纹是反相消所导致的,要不然称作是相消性干涉。现在仅有的问题是光有时候确实像粒子。
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1700931504 量子力学中的量子
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1700931506 电磁波是振动的一个例子。空间中每一点的电场和磁场以一定的频率振动,频率依赖于辐射的颜色[42]。自然界中还有许多其他的振动,下面是几个常见的例子。
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1700931508 ·钟摆。钟摆来回地摆动,它完成一个完整的摆动大约需要1秒钟。这样的摆动频率是1赫,或者说是每秒1周。
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1700931513 ·通过弹簧悬挂在天花板上的重物。如果弹簧较硬,那么振动的频率可达好几个赫。
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1700931515 ·振动的音叉或者小提琴的弦,均可达到几百赫。
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1700931520 ·电路中的电流,可以达到更高的振动频率。
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1700931525 通常人们将振动的系统称为振子。振子具有能量,至少当它们振动时是这样。在经典物理学中,振子的能量可以取任意值。我在这里所指的是,你可以按照你的喜好以一个光滑的斜面方式取所期待的任何值。下图表示了能量随着你所想象的斜率而增大[43]:
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1700931530 然而事实证明,在量子力学中能量以不可分割的台阶形式增减而出现。当你试图逐渐增加振子的能量时,所得到的结果是一架楼梯而不是光滑的斜坡,能量只能以能量量子的倍数增加。
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1700931532 量子单位的大小是多少呢?这依赖于振子的频率。规则与普朗克和爱因斯坦发现的光量子规则完全相同:能量量子E等于振子的频率f乘以普朗克常数h。
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1700931534 E=hf
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