雙縫實驗

在量子力學裏 ， 雙縫實驗 ， 或稱雙狹縫實驗  是一種展示光子或電子等微觀物體的波動性與粒子性的實驗 。 雙縫實驗是一種 「 雙路徑實驗 」 。 在雙路徑實驗裏 ， 微觀物體可以同時通過兩條路徑或通過其中任意一條路徑 ， 從初始點抵達最終點 。 這兩條路徑的程差促使描述微觀物體物理行爲的量子態發生相移 ， 因此產生干涉現象 。 另一種常見的雙路徑實驗是馬赫 - 曾德爾干涉儀實驗 。 雙縫實驗的基本儀器設置很簡單 ， 如圖所示 ， 將像激光一類的相干光束照射到一塊刻有兩條狹縫的不透明板 ， 通過狹縫的光束會抵達照相膠片或某種探測屏 ， 從記錄於照相膠片或某種探測屏的輻照度數據 ， 可以分析光的物理性質 。 光的波動性使得通過兩條狹縫的光束互相干涉 ， 形成了顯示於探測屏的明亮條紋和暗淡條紋相間的圖樣 ， 明亮條紋是相長干涉區域 ， 暗淡條紋是相消干涉區域 ， 這就是雙縫實驗著名的干涉圖樣 。 在古典力學裏 ， 雙縫實驗又稱爲 「 楊氏雙縫實驗 」 ， 或 「 楊氏實驗 」 、 「 楊氏雙狹縫干涉實驗 」 ， 專門演示光波的干涉行爲 ， 是因物理學者托馬斯 · 楊而命名 。 假若光束是以粒子的形式從光源移動至探測屏 ， 抵達探測屏任意位置的粒子數目 ， 應該等於之前通過左狹縫的粒子數量與之前通過右狹縫的粒子數量的總和 。 根據定域性原理 （ principle of locality ） ， 關閉左狹縫不應該影響粒子通過右狹縫的行爲 ， 反之亦然 ， 因此 ， 在探測屏的任意位置 ， 兩條狹縫都不關閉的輻照度應該等於只關閉左狹縫後的輻照度與只關閉右狹縫後的輻照度的總和 。 但是 ， 當兩條狹縫都不關閉時 ， 結果並不是這樣 ， 探測屏的某些區域會比較明亮 ， 某些區域會比較暗淡 ， 這種圖樣只能用光波動說的相長干涉和相消干涉來解釋 ， 而不是用光微粒說的簡單數量相加法 。 雙縫實驗也可以用來檢試像中子 、 原子等微觀物體的物理行爲 ， 雖然使用的儀器不同 ， 但仍舊會得到類似的結果 。 每一個單獨微觀物體都離散地撞擊到探測屏 ， 撞擊位置無法被預測 ， 演示出整個過程的機率性 ， 累積很多撞擊事件後 ， 總體又顯示出干涉圖樣 ， 演示微觀物體的波動性 。 2013年 ， 一個檢試分子物理行爲的雙縫實驗成功演示出含有810個原子 、 質量約爲 10,000 amu的分子也具有波動性 。 理查德 · 費曼在著作 《 費曼物理學講義 》 裏表示 ， 雙縫實驗所展示出的量子現象不可能 、 絕對不可能以任何古典方式來解釋 ， 它包含了量子力學的核心思想 。 事實上 ， 它包含了量子力學唯一的奧祕 。 透過雙縫實驗 ， 可以觀察到量子世界的奧祕 。