波往何处去?更多关于干涉

此侧边栏是配套文章的一部分,补充了我们在《大众科学》五月刊中关于量子擦除的故事

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干涉远非一种纯粹的量子力学现象,它发生在所有类型的波中,包括水波和声波。干涉是两个或多个同类波相遇的过程,它们可以相加而相互加强,也可以组合而相互抵消。例如,两个水波的波峰可以相加在一起形成一个非常大的波,或者一个波的波峰可以与另一个波的波谷结合形成一个较小的波。后一种效应被有意地应用于降噪耳机的声波中。通常,干涉波在某些地方会增强,而在其他地方会抵消。

即使不使用激光等现代设备,你也可以看到光的干涉现象。你只需要一根头发和远处的光源,例如路灯。光源需要足够远,看起来几乎像一个点光源。只需将头发靠近一只眼睛,看着光源,然后慢慢移动头发,使其位于你的眼睛和光源之间。你应该会观察到两道垂直于头发的光芒射出,这是由于光在头发处发生衍射造成的。

如果你仔细观察这些光芒,你会注意到它们是虚线的,这是由于光线绕过头发一侧和另一侧时发生的干涉造成的。暗斑对应于波发生破坏性干涉(相互抵消)的位置,而亮点对应于波发生建设性干涉(相加)的位置。


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正如主文中提到的,解释这种效应不需要光子或量子力学的概念;将光视为经典(即非量子)波就足够了。然而,如果你重复实验,一次向头发发送一个光子,相同的模式也会逐个光子地建立起来。结果表明,每个光子都与自身发生干涉,并且每个光子都处于量子叠加态,即同时通过头发的一侧和另一侧。


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