托马斯·杨的双狭缝实验

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托马斯·杨的光干涉实验

双缝干涉实验是一类实验,并非专指托马斯·杨的双缝干涉实验,其他还有双缝电子干涉实验,单光子干涉实验等等,其他的以后再说,这次专门说托马斯的实验。

关于光到底是波还是粒子,两种相反的理论争议久已存在。

牛顿粒子说

这个问题,其实本质上只是一个经典物理问题,根据牛顿的万有引力公式一样可以解释色散现象,根据$F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$,每种颜色的粒子质量不同,那么受到的力也不同,偏转角度自然会不同。

不过牛顿的理论不能解释衍射(diffraction)和折射(refraction),物理学家们对此的争吵却一直喋喋不休,但是在当时牛顿的巨大影响力下,绝大多数的物理学家都站在了牛顿这一边,在多次争吵后,牛顿让科学界接受了这样的观点:光是由微粒组成的,而不是一种波。

但牛顿也不是永远正确的。

1830年,英国医生、物理学家托马斯·杨一直坚定的的认为光是波。

一天他突发奇想,他在百叶窗上开了一个小洞,然后用厚纸片盖住,再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约三十分之一英寸的纸片把这束光从中间分成两束。

结果看到了相交的光线和阴影,这就是最早期的干涉实验,这个实验并非在实验室完成,托马斯敏锐的察觉到,这是光干涉造成的。

最终托马斯·杨居然发现这两束光线会相互干涉,会如同波纹一样,能够呈现出相交的光线与阴影的条纹形状,这也成为了对牛顿光粒说的巨大冲击,为波动说做出了非常巨大的决定性证据,它也被称为是非常经典的杨氏干涉实验。

更令人动容的是,当时还是医师的杨,拥有敢于公然反对伟大科学家牛顿的勇气,他在论文中曾写道:

尽管我仰慕牛顿的大名,但是我并不因此认为他是万无一失的。我遗憾地看到,他也会弄错,而他的权威有时甚至可能阻碍科学的进步。

杨与法国物理学家Augustin J. Fresnel、François Arago合作研究了杨氏波动理论,该理论在欧洲为人们所接受。

1817年,杨又提出了自己的假设,认为光波是横向而不是纵向传播的,建立了新的波动说理论。

20世纪初,人们将光的波动说理论、爱因斯坦的光量子学说结合起来,提出了光的波粒二象性,即“光既具有波动的特性,也具有粒子的特性。

关于双缝实验还有很多改进版本,为量子力学的到来打下了基础。。

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