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跨越200多年的雙縫試驗

(2018-08-23 11:36:00) 下一個

終於完成了8月份這一期科普。給中學生講解量子物理和基本粒子,很挑戰。

摘錄一篇。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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閱讀 ()評論 (21)
評論
海上雲 回複 悄悄話 回複 '陌路獨行' 的評論 : 謝謝陌路兄的討論,讓大家對這個實驗有更深入的理解。

這篇文章的電子版在這裏:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/15/3/033018/pdf

下麵三段文字,說明了滑動屏幕實驗中包含了單縫的結果。而電子束的強度減到非常弱,可以認為電子是i一個個分開發射出來的。


The movable mask was placed behind the double-slit, see figure 1. The mask was moved from one side to the other (figure 2 top to bottom). Initially the majority of the electrons are blocked. As the mask is moved, slit 1 becomes partially, then fully open. When one slit is open, single- slit diffraction can be observed (P1 in figures 1(b) and 2). Feynman indicates this as the solid black curve P1 (figure 1(b)), which is just the central order of the single-slit diffraction pattern. Because of the finite separation of the mask and double-slit, weak double-slit diffraction can be seen in the negative first order of the single-slit diffraction pattern (see left edge of P1 in figure 2).

As the mask is moved further, more electrons can travel through both slits, changing the pattern from single-slit to double-slit diffraction. When the mask is centered on the double-slit, both slits are completely open and full double-slit diffraction can be observed (P12 in figures 1(c) and 2). In this position, interaction between the mask and the diffracting electrons is negligible. The edges of the mask are 2250 nm away from the center and would only affect diffraction orders greater than the 50th. The mask is then moved further and the reverse happens; double- slit diffraction changes back to single-slit diffraction (P2 in figures 1(b) and 2). Now, the single- slit diffraction pattern has a weak contribution of double-slit diffraction in its positive first order (see right edge of P2 in figure 2). (See supplementary movie 1 for more positions of the mask.)

Electron build-up patterns were recorded with the mask centered on the double-slit. The electron source’s intensity was reduced so that the electron detection rate in the pattern was about 1 Hz. At this rate and kinetic energy, the average distance between consecutive electrons was 2.3 × 10^6 m.
陌路獨行 回複 悄悄話 我想請教的是:有沒有人做過“發射”單個電子,通過雙縫實驗中的兩個被分別遮擋了的“單縫”,得到一個疊加圖案,與發射單個電子的雙縫實驗得到的圖案,互相比較,排除單縫衍射疊加的可能,進而得出“單個電子也會自己幹涉自己”的結論?
陌路獨行 回複 悄悄話 再次感謝“海上雲”的回複,我看了那篇論文,似乎實驗設定也是使用的“電子束”吧?
海上雲 回複 悄悄話 回複 '陌路獨行' 的評論 : 謝謝討論。文章裏說到的bach 2013年的論文,提到了單電子單縫的結果。

Controlled double-slit electron diffraction

Roger Bach, Damian Pope, Sy-Hwang Liou, Herman Batelaan
陌路獨行 回複 悄悄話 多謝“海上雲”的回複!
對“光束”和“電子束”的實驗沒有任何疑義,但是找不到“單個”光子或者“單個”電子做兩次單縫實驗得到的疊加結果。
海上雲 回複 悄悄話 回複 '陌路獨行' 的評論 : 所有的雙縫試驗第一步都是做兩個單縫的試驗。https://goo.gl/images/8Djth8
陌路獨行 回複 悄悄話 我對於量子是徹頭徹尾的外行,但是從邏輯的角度,這個實驗還是有缺陷的:有沒有人用那個成功得到雙縫幹涉實驗的設備,每次遮住一條縫隙,分別做兩次做單光子/電子衍射實驗,得到兩次單縫衍射的疊加圖案,然後比較結果?
滄海桑田2100 回複 悄悄話 今後應該還會有更深的突破,逐步揭開世界的本質。
rp2002 回複 悄悄話 雙縫(鳳)?
雲本無心 回複 悄悄話 無解的,像用文字表達音樂,最終是白費勁
海上雲 回複 悄悄話 海上雲 2018-08-23 19:33:00
回複 'LingYuan' 的評論 : 謝謝淩遠兄。我這幾年主要時間在寫科普。我記得你寫的詩和詩評呢,特別是評天端的詩。一晃差不多十年了。
LingYuan 回複 悄悄話 雲兄好 你的記憶力真好,還記得我呢。
量子世界一個基本特性是測不準的特性。隨著對量子世界越來越多的認識,這種說法似乎值得商榷。因為說測不準的隱含之意是被測物是確定的 隻是不能準確測出來。現在看來量子世界本身就是不確定的。

你的雙縫實驗科普寫得很好,既有來龍又有去脈 條理清晰 深入淺出。從小小的雙縫 把量子世界洞察得非常清晰。

海上雲 回複 悄悄話 回複 'polar_bear' 的評論 :

水分子運動, 應該是布朗運動吧。

“大樣本觀察的話都是波粒二象的,單個就是粒,整體就是波“,波粒二象倒並不是按”單個/整體“來區分的。宏觀物體的波動性很小,幾乎不可察覺。而微觀物體的波動、粒子特性都可觀測到,但是受互補原理的限製,隻能同時觀察到其中之一,仿佛硬幣的兩麵,隻能看到一麵。
海上雲 回複 悄悄話 回複 'LingYuan' 的評論 : 淩遠兄好,好久不見。是的,量子世界因為尺度小,是有其“飄忽不定的,是模棱兩可”的特性。從這一點上來說,是和人的精神世界有類似性。
polar_bear 回複 悄悄話 其實,無論量子世界還是天文宏觀世界,你要是大樣本觀察的話,都是波粒二象的,單個就是粒,整體就是波
polar_bear 回複 悄悄話 問個簡單問題:一個水分子的傳播是以什麽形式進行的呢?
simplyu 回複 悄悄話 楊氏雙縫幹涉,都說了很黃,你還讓我說

beaglegirl 發表評論於 2018-08-23 16:14:36
simplyu:讓我想起念書時流行的黃色歇後語,楊貴妃搞同性戀

--下半句是什麽?
LingYuan 回複 悄悄話 人有精神世界和物質世界。精神世界是飄忽不定的,是模棱兩可的。物質世界是確定的,唯一的。量子世界表現的規律就是人精神世界的規律。人的行為也受外界觀察的影響。有沒有人看著,人的行為是不一樣的。
LingYuan 回複 悄悄話 楊貴妃搞同性戀, 後半句肯定是"荒唐"
beaglegirl 回複 悄悄話 simplyu:讓我想起念書時流行的黃色歇後語,楊貴妃搞同性戀

--下半句是什麽?
simplyu 回複 悄悄話 讓我想起念書時流行的黃色歇後語,楊貴妃搞同性戀
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