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设计了一个单电子衍射实验

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发表于 2017-3-12 23:20 | 显示全部楼层 |阅读模式

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电子双缝干射实验是量子理论最经典的实验。也是量子力学最匪夷所思的实验之一。我设计了一个单电子,单缝的衍射实验。唯一不同的是这个单缝会在电子发射的间隙,做周期性的摆动。这样,不用对电子进行任何选择性测量,就能事后推断出电子从哪条缝通过。这样的实验结果是什么?显示屏上是波的干涉条纹还是溃缩成粒子形态打出两条线?

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  • · 量子|主题: 18, 订阅: 0
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 楼主| 发表于 2017-3-13 09:51 超大游击队员 | 显示全部楼层
量子力学大神去哪了?
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发表于 2017-3-13 10:08 超大游击队员 | 显示全部楼层
我认为,没有干涉纹。
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 楼主| 发表于 2017-3-13 12:33 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

olivernie 发表于 2017-3-13 10:08
我认为,没有干涉纹。

需要做一次才知道啊。结果也许更加匪夷所思。
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发表于 2017-3-13 12:40 | 显示全部楼层
压根就不知道LZ在说什么。。。
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发表于 2017-3-13 13:40 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

本帖最后由 bjnr 于 2017-3-13 16:24 编辑

@猎杀m1a2  我们一起呼唤一下
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发表于 2017-3-13 14:27 超大游击队员 | 显示全部楼层
电子在短时间内可以穿越时空的,如果缝隙摆动的周期足够短,应该有干涉纹。动态版的电子云?
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发表于 2017-3-13 14:39 | 显示全部楼层
说的云里雾里,到底是双缝干涉还是单缝衍射?
不过大概能确定这个实验的结论:两坨光印
如果不采用周期性的“摇摆”,而采取随机性相当好的随机数发生器来控制(且不能记录状态,或者记录状态后立即抹去),就可以得到干涉条纹。
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 楼主| 发表于 2017-3-13 15:23 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

WantSeeMean 发表于 2017-3-13 14:39
说的云里雾里,到底是双缝干涉还是单缝衍射?
不过大概能确定这个实验的结论:两坨光印
如果不采用周期性 ...

大家的意见有分歧啊。说明这个实验很必要做啊。
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发表于 2017-3-13 15:27 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 猎杀m1a2 于 2017-3-13 15:33 编辑

   按照你说的情况,假如做到该电子运动波相位稳定,那么当发射若干一样电子之后,在第一个缝外面的屏就会出现一个典型的衍射条纹图案,然后在通过狭缝时,在影像屏上还要出现衍射条纹图案。另外,如果狭缝这到板也是能记录电子撞击影像的话,会发现狭缝这到板上的图案会较为亮些。
   然后,通过狭缝后 不论单缝还是双缝都会形成条纹干涉图案。所不同的是,双缝衍射最亮的条纹在两缝对着的位置中间区域,而单狭缝则是条纹最亮处在缝对着的位置除一定范围。
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发表于 2017-3-13 15:36 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 猎杀m1a2 于 2017-3-13 16:07 编辑

审题审错了,不好意思。
   如果是单狭缝单电子衍射实验,狭缝摆动,那么衍射条纹图案也会摆动。当然,很显而易见的就是,假若装置是影像记录式的,当实验持续时间足够长'这些条纹的图像会在记录环节被混淆,不过那个与量子力学无关了。
    另一点,单缝双缝都是衍射条纹这个结论继续同上一楼,。
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发表于 2017-3-13 15:50 超大游击队员 | 显示全部楼层
  这个的原理,定性的判断可以直接用海森堡不确定性关系。
   △x△p≥h/2π
   通过狭缝,狭缝观测了光子使得△x减小,因此△p增大。又根据波函数高斯函数特性,故在影响屏上形成△x减小,且周期性的分布的图样,就是衍射条纹图。
   不论如何移动狭缝位置,当狭缝观测电子时,电子起始位置就是狭缝位置,且由上一段可知狭缝宽△x并没有变化,因此结果就是衍射条纹图平移。
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发表于 2017-3-13 15:52 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 网络黑社会联盟 于 2017-3-13 15:55 编辑

衍射,两条单独的线。

干涉需要同时双缝的。
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 楼主| 发表于 2017-3-13 15:56 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 15:52
衍射。

干涉需要同时双缝的,即使每次只发射一个光子。

即使双缝,对于单电子双缝干涉来说。如果电子每次通过一个缝,只有缝的位置不同,单双有什么关系。
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发表于 2017-3-13 16:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
如果你把实验升级,在发射过程中不断开关双缝,不管是同时还是交替开关双缝,都是干涉条纹。
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发表于 2017-3-13 16:02 超大游击队员 | 显示全部楼层
大湿人 发表于 2017-3-13 15:56
即使双缝,对于单电子双缝干涉来说。如果电子每次通过一个缝,只有缝的位置不同,单双有什么关系。

你还是按照宏观现象来考虑了,电子是一次通过两条缝。
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 楼主| 发表于 2017-3-13 16:07 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

猎杀m1a2 发表于 2017-3-13 15:50
这个的原理,定性的判断可以直接用海森堡不确定性关系。
   △x△p≥h/2π
   通过狭缝,狭缝观测了光 ...

衍射条纹图平移是个什么形状?这里有很多不确定性。这个△x△p≥h/2π 公式里没有时间参数。我设计这个实验就是要人为的产生一个时间间隔。然后观测时间对于衍射条纹图的影响。9楼提出,周期性缝隙摆动和随机摆动的结果是不同的。
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发表于 2017-3-13 16:08 | 显示全部楼层
双缝干涉的话,一个电子出不来干涉,要大量电子才能逐步从一个个光点形成波纹。
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发表于 2017-3-13 16:09 超大游击队员 | 显示全部楼层
大湿人 发表于 2017-3-13 16:07
衍射条纹图平移是个什么形状?这里有很多不确定性。这个△x△p≥h/2π 公式里没有时间参数。我设计这个实 ...

你加入摆动其实结果就是起到平移影像的作用。晃动足够多次数后也就成了“动画片”
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 楼主| 发表于 2017-3-13 16:12 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 16:02
你还是按照宏观现象来考虑了,电子是一次通过两条缝。

对呀,做这个实验才能验证你说的对不对。也就是电子双缝干涉实验里,电子到底是自己和自己干涉还是 前一个电子和后面的电子干涉。
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发表于 2017-3-13 16:40 超大游击队员 | 显示全部楼层
大湿人 发表于 2017-3-13 16:12
对呀,做这个实验才能验证你说的对不对。也就是电子双缝干涉实验里,电子到底是自己和自己干涉还是 前一 ...


自己和自己干涉。
   你不加入摆动,一个个发射电子,最后干涉条纹还是一样。
   你加入摆动,不管是随机的还是周期的,其实结果都没差别。
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发表于 2017-3-13 16:47 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 网络黑社会联盟 于 2017-3-13 17:05 编辑
大湿人 发表于 2017-3-13 16:12
对呀,做这个实验才能验证你说的对不对。也就是电子双缝干涉实验里,电子到底是自己和自己干涉还是 前一 ...


如果是一个电子通过双缝,是自己和自己形成干涉,最后在屏幕形成一个点,但是这个点遵守干涉条纹的位置。

但是如果想要看到形成的干涉条纹,一个一个电子的通过看不到条纹,只能看到一个一个电子前后分别落在那些条纹的位置。

如果要看到条纹,必须人工记录叠放,或者感光胶片记录啥的,最后加以理解才能形成条纹,这种条纹是假的,是说明单个电子的位置集合。

很多电子同时通过双缝,可以直接看到干涉条纹。
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发表于 2017-3-13 17:01 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 网络黑社会联盟 于 2017-3-13 17:04 编辑
大湿人 发表于 2017-3-13 16:12
对呀,做这个实验才能验证你说的对不对。也就是电子双缝干涉实验里,电子到底是自己和自己干涉还是 前一 ...


至于电子是自己干涉,还是前后干涉?

如果是一个一个发射,当然是自己干涉。

如果很多电子同时发射,电子都是一样的,不分彼此,但是有时间前后到达,如果时间切分的足够细,同时到达的应该可以形成互相干涉的,但这种情况估计可能性很小,电子很小,同时发射再多,电子间的实际距离也很远,据说如果把电子放大到我们能看到,电子间的距离将达到一千公里。

另外人眼看到的都是视觉暂留图像,还有电子的行为都是迷,具体细节不好说了。
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发表于 2017-3-13 17:11 超大游击队员 | 显示全部楼层
大湿人 发表于 2017-3-13 16:12
对呀,做这个实验才能验证你说的对不对。也就是电子双缝干涉实验里,电子到底是自己和自己干涉还是 前一 ...

就是说应该都是自己干涉。
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发表于 2017-3-13 17:13 超大游击队员 | 显示全部楼层
是实验过程的描述的不完备,迷惑了楼主。
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发表于 2017-3-13 17:20 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 网络黑社会联盟 于 2017-3-13 17:51 编辑
网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 17:11
就是说应该都是自己干涉。


如果一个一个发射,肯定都是自己干涉。

如果同时发射,一方面电子都是一样的,自己干涉和互相干涉都是等效的。另一方面没法观测究竟是哪一个电子进行了干涉。一样的个体效应等同于群体效应,应该就是这样吧,你要是再细问,那爱因斯坦也回答不了。
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发表于 2017-3-13 19:31 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

大湿人 发表于 2017-3-13 16:12
对呀,做这个实验才能验证你说的对不对。也就是电子双缝干涉实验里,电子到底是自己和自己干涉还是 前一 ...

单电子双缝干涉实验不存在前一个电子和后一个电子干涉的问题。因为第一个电子撞到荧光屏上。已经确定下来了。第二个电子还没出发呢。
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发表于 2017-3-13 21:19 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

恩,还想起一点,就是这个题目呢,
横着移动狭缝的板只有缝的初始位置变化
不会影响△t这个时间不确定度。

要想影响△t这个时间不确定度应该将板前后移动。

虽然这样横向移动,用多个同样单电子成像的条纹图像都会因为移动而变得叠加在一起看起来像没有发生干涉,但和前后左右同时移动,是用△t△E≥h/2π的不确定关系产生的前后干涉破坏△x△p≥h/2π横向干涉图样那样是不同的,前者只是一个“动画”,后者则是让电子产生两种自相干。
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发表于 2017-3-13 21:31 超大游击队员 | 显示全部楼层
猎杀m1a2 发表于 2017-3-13 21:19
恩,还想起一点,就是这个题目呢,
横着移动狭缝的板只有缝的初始位置变化
不会影响△t这个时间不确定度 ...

楼主说的意思是,像双缝那样,在双缝原来的位置,轮流移动一个单缝。
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发表于 2017-3-13 21:42 超大游击队员 | 显示全部楼层
现在我出一个假想的补充实验,如果在黑暗中,向人的两只眼睛一个一个发射光子,会看到什么现象?
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发表于 2017-3-13 21:49 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 21:31
楼主说的意思是,像双缝那样,在双缝原来的位置,轮流移动一个单缝。

那个其实只是改变了自干涉发生的开始位置。
然后之后干涉图像还是该咋咋样。

不涉及时间不确定度的受观测的影响。

结果就是本来静止的狭缝,在多个电子连续单个发射的情况下,能形成稳定干涉条纹,但是由于这个狭缝横向移动,每条干涉条纹都大大被稀释,而且横向摊开了。这个就好比是个动画效果。
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发表于 2017-3-13 21:52 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 21:42
现在我出一个假想的补充实验,如果在黑暗中,向人的两只眼睛一个一个发射光子,会看到什么现象?

我要提出一个问题,人眼的瞳孔是个起到聚光作用的凸透镜,凸透镜一样会产生圆形条纹状的艾里斑,但是这个艾里斑在人眼里的明暗条纹间隔过小,人眼的感光细胞是看不出来的。
这是凸透镜产生的艾里斑效果,将光点放大后(望远镜式光学望远镜),就是这样的图样
20081106_207b168b34a60df592aeN6yO86zRIQ9z.jpg
232800jb481pibu851hiuj (2).jpg
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发表于 2017-3-13 22:07 超大游击队员 | 显示全部楼层
猎杀m1a2 发表于 2017-3-13 21:52
我要提出一个问题,人眼的瞳孔是个起到聚光作用的凸透镜,凸透镜一样会产生圆形条纹状的艾里斑,但是这个 ...

不形成正常的图像了?
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发表于 2017-3-13 22:19 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

本帖最后由 猎杀m1a2 于 2017-3-13 22:40 编辑


实际上,正常图像就是这种艾里斑构成的。只不过一个我们眼睛看到的图像上,是无数很小的艾里斑一个挨着一个构成,这些艾里斑就是你看到的事物不同位置发出的经过瞳孔聚焦到视网膜上也按照不同方位对应形成的。所以光学系统要讲一个光学分辨率,分辨率的判据标准就是两个艾里斑重合到“恰可分辨”这个极限,术语叫“瑞利判据”

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t016afb8fff6834c6da.jpg
view.jpg

比如说这个凸透镜对蜡烛成像,就是蜡烛各个位置的光经过镜片聚焦,那么聚焦产生的艾里斑也会对应蜡烛各个位置(人眼大约有分辨500万个艾里斑的分辨率,这是平均的生理数据,不同人肯定不同)
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所以仍然形成的是正常图像。。

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发表于 2017-3-13 23:00 超大游击队员 | 显示全部楼层
猎杀m1a2 发表于 2017-3-13 22:19
实际上,正常图像就是这种艾里斑构成的。只不过一个我们眼睛看到的图像上,是无数很小的艾里斑一个挨着 ...

双眼距离那么大,一个光子也能形成干涉吗?
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发表于 2017-3-14 09:47 超大游击队员 | 显示全部楼层
本帖最后由 猎杀m1a2 于 2017-3-14 09:50 编辑
网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 23:00
双眼距离那么大,一个光子也能形成干涉吗?


   人眼对于光子的敏感生理门限是每秒400个光子,单光子实验可以允许每秒100万个光子发射率下仍能保证单光子从发射器一个个出来,即使考虑衍射条纹,只有一部分光子进入人眼,但只要人眼位于光子发射器正前方,因此是能看到光的。
   人眼通过瞳孔聚焦后,视网膜上的光斑其实是一圈圈的同心条纹斑,但是人眼视网膜的分辨率不能支持区分条纹与条纹间距(区分这个生理上毫无意义,不是吗?),因此人两眼会看到发光的狭缝,但并不能感知到衍射条纹(但能看到狭缝的光晕,其实那个就是单光子衍射条纹,只是人眼分不出)

    另外,单光子干涉图和多光子干涉图除了亮度以外其他都一致,证明了自由空间光子只能和自己干涉,不能相互干涉这一量子力学理论。光子与光子相干要在光源内部,观测者内部才能发生。
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发表于 2017-3-14 10:28 | 显示全部楼层
猎杀涉猎的知识领域真够宽的
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 楼主| 发表于 2017-3-14 18:12 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

猎杀m1a2 发表于 2017-3-13 16:40
自己和自己干涉。
   你不加入摆动,一个个发射电子,最后干涉条纹还是一样。
   你加入摆动,不管是 ...

自己和自己干涉。就是说,电子理论上是同时通过双缝?
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 楼主| 发表于 2017-3-14 18:18 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

网络黑社会联盟 发表于 2017-3-13 17:01
至于电子是自己干涉,还是前后干涉?

如果是一个一个发射,当然是自己干涉。

我以为两个不同的相互影响才叫干涉,自己和自己也干涉想不同。
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 楼主| 发表于 2017-3-14 18:25 | 显示全部楼层

RE: 设计了一个单电子衍射实验

wujingping 发表于 2017-3-13 19:31
单电子双缝干涉实验不存在前一个电子和后一个电子干涉的问题。因为第一个电子撞到荧光屏上。已经确定下来 ...

按照延迟选择实验的逻辑,历史事件和未来事件是可以相互影响的啊。
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