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上一主题:物理新观念 下一主题:[中挑科字*08*第 23 号]
神奇的双缝干涉实验
[楼主] 作者:fuj0  发表时间:2008/11/16 14:02
点击:6431次

粒子的双缝干涉实验是我认为最为神奇的实验。真是见了鬼了。

经典的理论是单个粒子具有波的性质,我就不多说了。

最近论坛里有些人把这个神奇的试验给庸俗化了。

他们认为这是一个群体效应(我给他们的理论起的名):一群粒子就像是海浪波,那么粒子波群就会分开通过双缝造成干涉。

这个说法有些道理,但是它有个致命的毛病:就是如果有两个电子分别通过双缝产生干涉,那么会有两个粒子同时到达屏幕上。

 

hitachi2002做的电子双缝干涉实验证实了“群体效应”的说法是错误的。

1,肉眼可以看到:屏幕一次只能收到一个电子 。

2,发射源与屏幕距离1米,电子速度是12000公里/秒,可以说电子发出到接收时间可以忽略不计。如果是两个电子同时通过双缝,那么即使电子速度有细微差异,到达屏幕时间稍有差别,我们是绝对看不出来的。换言之,我们应该可以同时看到两个电子落到屏幕上。

3,屏幕上有干涉条纹。

4,视频:Video clip 1>

希望大家好好想想,不要把钻石当玻璃.

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 [2楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/16 15:43 

题外话:录像中的电子也太大了吧?该实验与光粒子的底片成像类似,巨大的光子,还能指望依赖光来做显微镜?
 [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/11/16 16:35 

这就是现在物理的理论与实验严重脱节造成的结果,
理论上可以假设“单电子”发射,可实际中是没有这种装置的,
只能是在一个很短的电脉冲下,发射一束很短的电子束,按说这个短电子束的长度L=vt,
v是电子初始发射速度,t是加在阴极上的电脉冲时间宽度,
不过由于某种未知原因(我们估计是以太产生的“大雁效应),
电子束的长度远小于L=vt,而是电子们聚集成一个“大电子团”(参见有关加速器的资料书籍),
这个“电子团”里包含了大量无法计数的电子,这就是目前实验室中的实际情况,
你可以自己思考一下,要使这个电子团中的电子数量尽量少,需要阴极发射电脉冲短到什么地步?

估计这个电子团与图上那个“圆柱”相撞,就会产生X射线---在圆柱后产生平行的干涉条纹,
而原来的“大电子团”则散开成一些看似随机溅落的“小电子团”,
而实际上这些散开的“小电子团”可能已经受到X光空间干涉波的影响了,
时间一长,“小点”一多,也就逐步显现出有规律的“小电子团”分布了?

这个问题以前探讨过不少(有些是在其他论坛),我是想把有关的探讨和资料论文整理一下,
希望各位能从最简单的“边缘干涉”着手,通过自己的简单实验,掌握第一手感性认识,
至于“边缘干涉”与“子波源理论”一直就是有争议的,这都有资料可查的,慢漫说来,



 [4楼]  作者:观潮老人  发表时间: 2008/11/16 16:54 

做实验这帮人没有深入研究.

比如,
1) 你怎么肯定一次是单个电子?
2) 中间的那个隔断棒的形状和条纹有关系吗?
3) 隔断棒是否带正电的导体, 让电子不被反射? 还是不带电? 不同材料和带电状态对条纹有什么影响?
4) 探测器是如何探测的, 是高压正电场?
5) 你如何知道发射器发出的电子是真正随机的? 而不是在发射的时候就有某种倾向性?
... ...
 [5楼]  作者:张崇安  发表时间: 2008/11/16 18:48 

杨氏干涉实验可以用粒群波很好解释.电子常常呈现粒群波,没有必要使用无人能懂的几率幅迭加.
 [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/11/16 19:47 

这个实验以后会很有用,但关键要有一个对X光十分敏感的屏幕,
这样估计在“小电子团”还没有出现明显分布规律时,
就已经可以看到屏幕上显示出的均匀分布X光干涉条纹了?

极端一点说,如果屏幕对X光有极高的灵敏度,那么估计当刚出现最初几个“小电子团”亮点时,
就已经能看到比较模糊的X光干涉条纹了,呵,不知有生之年能否看到这个测得准的“鬼影”?
 [7楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/11/16 21:28 

    很遗憾,这个视频文件在我的电脑中打不开。我宁愿相信这的确是一个“单电子”双缝干涉实验,也不随便否认这种事件的真实性,要是真把钻石当玻璃就可惜了。

.

    原子陀螺仪测地球自转原理告诉我们,微观粒子与光子一样并不服从运动的惯性迭加原理,而是在以太介质中“随波逐流”,电子的波动性已经无可置疑,此实验也许与单光子干涉实验原理是相通的,可是如何解释?可能会与普朗克常数之迷及以太介质的性质有关,先得了解这图示中的“Electron biprism”是如何使电子路径偏转的。


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相对论误导科学走斜路,是非曲折待历史见证;引力场以太旧貌焕新颜,定海神柱将扭转乾坤。.................... 想当初时空迷思闯科海,荣辱以乐可生命当歌;看如今闲庭信步攀高峰,重构宇宙再平展时空。
[楼主]  [8楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/11/16 23:50 

看了大家的发言,我很失望。

1,我没说电子发射器一个一个发电子,实际是1秒钟发10个电子。
2,大部分电子被中间那个隔断挡住了。只有少量可以通过双缝。
3,我强调的是: 到底是两个电子还是一个电子同时过双缝。
4,既然探测器每次只能探测到一个电子,你们凭什么相信是两个电子同时通过双缝。光子探测器可以发现一个光子。电子比光子大很多,探测到一个电子还是两个电子就是和尚脑袋长虱子。
 [9楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/11/17 00:22 

对【8楼】说:
    是两个电子同时过双缝好解释些,可以认为电子总是成对出现,这与半透镜把“成对出现的光子”(同样是假设)分为两路再汇合形成干涉条纹的原理是一致的。至于探测器为什么每次只能探测到一个电子,为什么不能认为是仪器探测到的电子对被探测器误认为是一个?如果是这种情况,那么电子对之间相互作用问题就很好解释了,我现在正是需要有关电子对方面的具体资料当务之时。

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 [10楼]  作者:周宪  发表时间: 2008/11/17 03:54 

fuj0:
电子太少,屏幕上不会有亮光。关键不在于您说的:“我强调的是: 到底是两个电子还是一个电子同时过双缝”,而在于到达同一点位的许多电子是同相位还是反相位的电子。同相位明条纹,反相位暗条纹。
 [11楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 12:02 

楼主,你喜欢把水搅浑。我喜欢浑水摸鱼,老杨也能浑水摸鱼,刘岳泉想试探一下这浑水到底有多深。
现在,我们继续来搅这潭浑水。如下:
 [12楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 12:02 

延迟选择实验是美国理论物理学家惠勒在1979年提出的一个思想实验,这个
实验的基本思路是,用涂着半镀银的反射镜来代替双缝。一个光子(电子也是一样)有
一半可能通过反射镜,一半可能被反射,这是一个量子随机过程。把反射镜和光子入射
途径摆成45度角(如图所示,从其他地方找来的图,不太匹配),那么它一半可能直飞,另一半可能被反射成90度角。但
是,我们可以通过另外的全反射镜,把这两条分开的岔路再交汇到一起。在终点观察光
子飞来的方向,我们可以确定它究竟是沿着哪一条道路飞来的,如果检测器1在响,说
明光子经由直飞的ADB线路传播过来,如果检测器2在响,说明光子经由反射的ACB线路
传播过来。但是,我们也可以在终点B处再插入一块呈45度角的半镀银反射镜,这样,
两束光线将重新组合,这会引起波的干涉效应,于是,进入1和2的光束强度分别与两束
光在组合点处的相对位相有关。这些位相能通过调整光程长度而改变。特别地,可能这
样安排位相,使得互相干涉导致进入1的光强为零,100%的光进入2。
  
  按照保留定域性的量子理论观点,如果不插入第二块半镀银镜B,那么光子经由确
定的线路ACB或者线路ADB传播,最终在检测器1或检测器2处得到光子的信号。如果插入
第二块半镀银镜B,我们观测手段发生改变,光子立即以量子迭加态同时经两条线路穿
过B并发生干涉。总之,如果我们不在终点处插入半反射镜,光子就沿着某一条道路而
来,反之它就同时经过两条道路。现在,关键点是第二块半镀银镜B插入还是不插入,
这个决定可以延迟作出,直到一个确定的光子已经快要到达终点时才决定。这样,我们
可以在事情发生后再来决定它应该怎样发生!这是与定域性直接相违背的。
  
   在提出这个设想5年后,马里兰大学的卡洛尔.阿雷(Carroll Alley)和其同事做
了延迟实验,验证了惠勒的这一设想。与此同时慕尼黑大学也作出了类似结果。
  
  延迟选择实验甚至在宇宙尺度上也具有可操作性。1979年月29日,瓦尔希(Walsh
)等人用2.1米光学望远镜发现了一对相距5.7角秒的类星体0957±561A,B。它们的亮
度差不多。等级均为17等,光谱中有相同的发射谱系,谱线的宽度和强度相同。它们曾
被认为是两个不同的类星体。二者分开的视角是6弧秒。现已证明:二者实际上是一个
类星体由于引力透镜原理所成的两个像。而这个双像成为在地球上进行宇宙尺度的延迟
选择实验的天然光源。惠勒提出了一个实验装置,将望远镜分别对准两个类星体像,利
用光导纤维调整光程差,并将光子引入实验装置,就可以完成星际规模的延迟选择实验
。也就是说,我们是否插入第二块半镀银镜B,将决定上亿光年前就已发出的光的路线
,物理世界的定域性在此被推翻。
  
  有意思的是,引力透镜现象是爱因斯坦广义相对论所预言的一种现象,引力透镜现
象的存在是广义相对论的一个直接验证,而基于引力透镜的延迟选择实验却直接否定了
相对论的基础,即光速为物理世界的最大速度。量子理论和相对论的矛盾在这一个实验
中被彻底揭露。二者都是被无数实验现象证实的理论,我们无法放弃任何一个理论。两
个自成体系的逻辑公设系统,在描述同一个世界的时候产生了一个悖论:引力透镜现象
证明了相对论的正确,而基于引力透镜的延迟选择实验,却推翻了相对论的定域性基础
。我们的世界到底是怎么一回事?是世界欺骗了我们还是我们被自己欺骗?
  
  延迟选择实验和阿斯派克特实验是任何试图解释量子世界奇异特性理论的试金石,
那些试图保有经典世界实在性和定域性的企图在这两个实验面前都将无法自圆其说。我
们无须再做无谓的尝试,相对论与量子论的矛盾实际上已经明确的告诉了我们,并不是
理论有问题,而是理论的公设有问题。当爱因斯坦在与玻尔争执的时候,哥德尔可能在
心里说:看吧,我早就说过任何具有公设的系统都是不完备的。所以你们的争执也是迟
早的事!
  
  的确,用相对论无法解释量子的古怪行为,而量子论自己都无法解释量子的行为,
更不要说去解释相对论了。

[楼主]  [13楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/11/17 12:15 
[楼主]  [14楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/11/17 12:44 

楼上,你还是不要费尽去找相对论和量子力学的矛盾了。这两者有矛盾众所周知。

你这篇文章从那里找到的?
 [15楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 13:08 

我没有刻意去找两者的缺陷,我在找“量子纠缠”时找到的。
好像在“未名空间”找到的,提到了延迟选择实验,这跟本文有关呀。


你这篇文章从那里找到的?

---------------------------

应该是这段话在那里找的 http://www.mitbbs.cn/article_t/Physics/31171433.html>
想找文章,你可以挑几个关键词,加上PDF,搜索就行了,就有许多免费的论文可以下载了。

 

这两者有矛盾众所周知。

-------------------------

说明两者至少有一个是谬论。在我看来,两者都是谬论。

[楼主]  [16楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/11/17 13:16 

我再强调一下,

1,不存在把两个电子或者一团电子误认为是一个电子的情况。这个实验是专门检测到底是一个电子还是两个电子同时通过双缝而设计的。

2,检测粒子的技术很成熟,如果一个还是两个都搞不清,那么粒子加速器会天天发现新粒子了。

3,老杨说“实际上这些散开的“小电子团”可能已经受到X光空间干涉波的影响了”。这是不可信的
因为电子产生的X光的能量和加速电场的能量差别实在是太大了,可以说是蚂蚁推地球。时间上也来不及,电子的速度是40%C,发射到接收只有1米。
 [17楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 13:30 

在波动说的前提下,这是很简单的事情。
但某些人(波粒二象性坚持者),非得考虑粒子性,问题就复杂了。
带电粒子加速或者减速运动都能激发电磁辐射。X射线管就是让电子加速然后撞到靶子上激发出X射线的。同步辐射也是因为电子做圆周运动(加速运动)激发了辐射。
此实验的电子枪就是用加速电场加速电子的,就会激发辐射,辐射以波动形式通过两缝,把能量传给屏幕上的电子,因为能量有限,而且能量不能任意大小的分割。因此,一个或者几个电子得到后,其他电子就得不到了。因此,当电子一个一个发射(激发)的时候,屏幕上的亮点是呈粒子性的,只有当数量巨大时,才能出现波动特征。


老杨的观点也是有可能的,他认为电子跟着波一起运动的,波能够影响电子在屏幕上的分布。
 [18楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/17 14:59 

【电子比光子大很多,探测到一个电子还是两个电子就是和尚脑袋长虱子。】
问题是电子那么大的光点(就算激发分子发光,也是分子级大小),实验是用什么来看?不会是电子显微镜吧?
 [19楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/11/17 18:57 

对【16楼】说:

简单的说,这个实验的意思就是这个电子团的落点在某区域内是不确定的(只有概率分布规律),
那么可以看看电视机里的电子束,落点是不是也不确定?同样被加速,还可以被偏转,
电子的落点都是被控制得很精确的,否则电视就难看了?
为什么呢?因为这里的电子没有遇到“障碍物”
也就是说,只要电子不在中途遇到障碍,那么其落点就一定不是概率分布的,
不知这样说是否清楚一些了?

 

而只要电子束遇到障碍,就一定会有X光出现,
间断电子束的收缩程度是随电子速度递增的,0.4c时,收缩不会很强,
估计后续电子碰撞出的X光就会追上前面的先碰撞电子,
当然主要可能还是X光一旦被激发,就有一个延迟消失的过程,足以引导电子就位了?
不过这都是些猜测,还是要等到有人发现“鬼影”才行,

 

你说的电场力是什么意思?是加速阳极吗?一般电子束缝干涉实验的屏幕不是高压阳极,
加速高压阳极是在电子束遇到缝之前,做成圆桶状,以便让电子束穿过,射向窄缝,
当然也可以考虑在电子通过窄缝以后,在某处设置阳极(或磁场)另电子改向,
这也是个"波粒分离"的方法,其实"自由电子辐射"就是这样的装置,
只不过没有窄缝,辐射的产生是靠交变磁场扰动电子束方向产生的,

 

这个实验的好处是不必外加任何转向电场、磁场,但要求X光探测器的灵敏度足够高,

 

 

 [20楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/11/17 19:01 

另外,fju0要注意任何一本书里都没有给出过“光子”的体积,
现在所说的“单光子”只是说一个很小的闪光能量E=单光子能量(公式可查),
至于这个闪光的体积没有任何规定,单光子体积是他们最不愿意面对的问题之一,
 [21楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/17 21:15 

【那么可以看看电视机里的电子束,落点是不是也不确定?同样被加速,还可以被偏转,
电子的落点都是被控制得很精确的,否则电视就难看了?】
看来物质波是误解了,所谓干涉看来与碰撞有关,属次效应。
另外,光波有明暗干涉条纹,是因为不同相位的叠加,不是光子分布不均(如果单光子慢干涉也有干涉条纹则另当别论),单电子发射无叠加效应,即便是群电子也无法互相叠加湮灭,因此,不能一概而论。
 [22楼]  作者:张崇安  发表时间: 2008/11/17 21:25 

应该好好研究一下双缝干涉,费曼说?双缝干涉包含量子力学的全部!
对双缝干涉的不同解释,对物理学的方向是不同的导航!
 [23楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 21:47 
 [24楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/11/17 22:16 

介绍一个小实验:边缘反射干涉,

用一个玩具激光器照射一根针或任何细丝,光投射到纸板上就可以看到干涉条纹了,
关键是:
1、先要找到激光器的焦点(光点直径最小处,一般1-3cm),细丝一定要放在焦点前后附近,
2、纸板就随便一些,一般距离激光器20cm以上就行了,也可以斜着放,条纹看得清楚一点,

如果细丝刚好放在焦点处,可能手的抖动会很明显,难以控制,细丝可以适当离开焦点处,
总之,你会看到:只有当细丝的边缘与激光碰撞后,才会出现干涉条纹,
所以可以认为这是直射光与细丝的边缘反射光之间存在光程差---产生的边缘反射干涉,
(由于边缘反射光较弱,所以干涉条纹的明暗对比度不会很高)

 [25楼]  作者:张崇安  发表时间: 2008/11/17 22:27 

对【23楼】说:

费曼说:相对论、量子力学“无人能懂”,所以,说他是错误的领袖,恐怕言过了。

[楼主]  [26楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/11/17 22:40 

对【22楼】说:

没错,这个实验很总要。

但是,决不能用你的粒子流的两个粒子同时通过双缝解释。

[楼主]  [27楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/11/17 22:46 

老杨,
你说电子与隔断碰撞产生X射线,是这个射线干涉导致电子的轨迹变化。

我的反驳是

1,就算碰撞能产生X射线,这个射线的大部风能量会被反射,不会通过双缝。
2,有一小部风会绕过隔断,产生衍射而不是干涉。
3,我给你流一个机会产生干涉,但是这个干涉的能量比起衍射来已经小得太多了,决不会影响电子的轨迹。
 [28楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/11/17 22:53 

    现在基本上可以把问题的焦点集中到“缝”与“落”两个问题上,电子(也包括光子)究竟是如何与“双缝”是否发生什么作用?这与环路光的干涉实验相同,是不是在半透明分光镜上把同一个波动光子分成了两个部份沿不同路径汇合后的“自体干涉”?

.

    同样在“落”的问题上,这时的电子波长比原子的线度还小很多,难道不同速度的电子在屏幕上的产生的亮点就一定是它们真实准确的落点?只是光的波长大几个数量级,用这种假设解释似乎又不成立。



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相对论误导科学走斜路,是非曲折待历史见证;引力场以太旧貌焕新颜,定海神柱将扭转乾坤。.................... 想当初时空迷思闯科海,荣辱以乐可生命当歌;看如今闲庭信步攀高峰,重构宇宙再平展时空。
 [29楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 22:54 

25楼张崇安:
他和爱因斯坦、波尔等都只是人而已,又不是设计这个世界的造物主。他们的理论只能代表一时“最高”的理解吧了,总是会被取代的。崇拜他们有可能等于崇拜亚里士多德。
我们都是会思考的,虽说不能完美解释所有现象。他们的解释合不合理,我们是能够判断的。理论是人为的产物,只能去借鉴,不能去迷信。我们只能相信实验。
 [30楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/11/17 22:55 

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