杨氏双缝干涉实验中测量光量子路径的新方式

摘要：通过思维实验的方式提出了在“杨氏双缝干涉”实验中对光量子路径测量问题的新方式，打破了海森堡的“不确定性原理”。我们对微观粒子的测量不准的原因或许只是没有找到正确的方法。

关键词：干涉、狭缝、光量子、电子、反射

杨氏双缝干涉实验

一束平行光通过一道狭缝，如果狭缝小于或等于这束光的波长，那么这束光通过狭缝后照射在屏上就会形成衍射条纹。但如果把狭缝变成两条，这束光通过两条狭缝后照射在光屏上的条纹就不再是衍射条纹，而是明暗交替的干涉条纹。这就是著名的“杨氏双缝干涉实验”。这个实验起初是为了支持惠更斯的波动学说，后来成了量子力学的重要实验之一。

然而，科学家们突然想知道平行光是怎样通过双缝的？怎样确定单个光量子通过了哪一条缝？后来，科学家们为了测量光量子的路径，把平行光照射改成了电子轰击，因为电子比光子大得多，更方便测量。令人不可思议的是，我们的测量行径影响了电子的路径，也就是说，如果在电子通过双缝时我们去测量电子的路径，电子就会受到干扰，而光屏上也不再出现明暗交替干涉条纹而是两条衍射条纹。

海森堡的不确定性原理

海森堡认为如果要测量一个电子的运动路径，那么必须要用光去照射这个电子，但光子是有动能的，光子的动能足以把电子撞离原来的运动轨道，那么测出的路径也就不准了。这就是海森堡的“测不准原理”。

海森堡提出“测不准原理”之后，玻尔又在这一基础上提出了非常大胆的猜想“不确定性原理”。这一原理指出电子的位置是它所在的电子层中的各个位置的叠加，也就是叠加态，在我们测量电子之前，电子就一直处于这种状态中，一旦测量就会发生波函数坍缩，电子的位置才会被确定。

玻尔在解释杨氏双缝干涉实验时说，单个光量子或者电子没有通过某一条狭缝，而是同时通过了两条狭缝，并且这个电子或光量子在通过两条狭缝时并没有被分成两半，其原因就是“不确定性原理”。

测量双缝干涉实验中光量子的路径

就像汽车从路面上驶过会留下车辙一样，光量子和电子在通过双缝后会不会留下痕迹的？就目前的理论来看，它们留下的只有明暗交替的干涉条纹，那么我们是不是可以根据这些干涉条纹来推断光量子和电子的运动路径呢？应该是可以的。

双缝干涉实验时，光屏上会形成明暗交替的干涉条纹，如果我们在某一条条纹前一段距离处放一不透光物体，并确保这一物体的宽度只能挡住该条纹的一部分，那么在光屏上就会形成影子，这时我们根据光沿直线传播就能够确定出这一束光的路径了。

仅仅确定一束光的路径是无法满足我们的目的的，如果用电子来做双缝干涉实验，上述办法是肯定行不通的。但如果我们有一小于或等于波长的且能够反射电子的东西，向上面的做法类似，把它放在某一条纹前，这样我们就可以在两侧接受到被反射的电子，根据镜面反射原理，这些电子的路径也被确定了。

这样来看，微观世界的粒子也许并不是不确定的，粒子的运动状态与运动路径并不是“测不准”的，只是我们人类还没有找到正确的方法而已。

宇宙的法律不是那么容易探索的，我们所知道的或许只是冰山一角。求知的路是岔路交错的，但总有一天，这部“法律”会被人类读完。

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