作业帮关于量子物理中,电子双缝干涉实验的疑问.
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/23 01:01:22
关于量子物理中,电子双缝干涉实验的疑问.
个人纯属爱好者,看了曹天元的《量子物理史话》之后,对这一段非常不明白,求教——
“……我们只要在两道夹缝处,都安装上某种仪器,让它在有粒子——或者波,不论是什么——通过时记录下来……一旦我们试图测定电子究竟通过了哪条缝时,我们永远只会在其中一处发现电子.两个仪器不会同时响……但是,你要知道,我们一旦展开这种测量的时候,干涉条纹也就消失了……”
请问这段话是指在双缝实验中,我们在两个夹缝上都安上探测器,那么在荧光屏上的干涉条纹就会消失吗?
还有就是，我关于这段话的疑问是，用电子束通过双缝，会在荧光屏留下干涉条纹。而如果我让电子束发射得足够慢，每次只有一个电子通过双缝，并用探测器检测电子通过了哪条缝。等若干个电子通过后，我在观察荧光屏，请问这种情况下，干涉条纹会消失吗？
——————第二次补充提问——————
还有关于波函数，我一直以为是用来描述电子在空中出现概率的。所谓“看，粒子，不看，波”，是指我们永远只能检测到粒子状态存在的电子，而在我们不检测的时候，电子才能以波的方式存在。一旦我们检测电子位置，电子立即按照波动方程描述的概率，坍缩成一个粒子。这就是我理解的哥本哈根的“坍缩”解释。是我理解有误吗？还是这个解释已经过时了呢？
——————补充提问————
个人纯属爱好者,看了曹天元的《量子物理史话》之后,对这一段非常不明白,求教——
“……我们只要在两道夹缝处,都安装上某种仪器,让它在有粒子——或者波,不论是什么——通过时记录下来……一旦我们试图测定电子究竟通过了哪条缝时,我们永远只会在其中一处发现电子.两个仪器不会同时响……但是,你要知道,我们一旦展开这种测量的时候,干涉条纹也就消失了……”
请问这段话是指在双缝实验中,我们在两个夹缝上都安上探测器,那么在荧光屏上的干涉条纹就会消失吗?
还有就是，我关于这段话的疑问是，用电子束通过双缝，会在荧光屏留下干涉条纹。而如果我让电子束发射得足够慢，每次只有一个电子通过双缝，并用探测器检测电子通过了哪条缝。等若干个电子通过后，我在观察荧光屏，请问这种情况下，干涉条纹会消失吗？
——————第二次补充提问——————
还有关于波函数，我一直以为是用来描述电子在空中出现概率的。所谓“看，粒子，不看，波”，是指我们永远只能检测到粒子状态存在的电子，而在我们不检测的时候，电子才能以波的方式存在。一旦我们检测电子位置，电子立即按照波动方程描述的概率，坍缩成一个粒子。这就是我理解的哥本哈根的“坍缩”解释。是我理解有误吗？还是这个解释已经过时了呢？
——————补充提问————
是这个意思,因为你安装的探测器引入了测量,而这个测量会对这个系统产生影响,测量之前,在狭缝处的波函数是电子通过左侧与电子通过右侧这两个波函数的叠加态,就是这样的叠加,产生了干涉效应而使得电子出现了干涉条纹.然而,一旦经过了测量,在狭缝处的波函数则会坍缩到左侧或者右侧当中的任意一个.（因为只有一个电子,所以要么左,要么右,总不能把电子砍两半让它各通过一半吧）因此此时你得到的是确定的一个态,而不是之前那样的两个态的叠加.这样,一个确定的态自然就没有了干涉,也就没有条纹
再问： 等等，我不太明白。我理解的是单个电子通过双缝，只会在荧光屏上留下一个点，不论是否有探测器。而关于电子的波函数特性，是表现在大量电子通过双缝时，呈现出的干涉条纹。一个电子通过双缝，永远只会留下一个亮点。请问这个理解对吗？
还有一点疑问，因为字数超限，写在提问补充里面了，能请您一并解答一下吗？谢谢。
再答： 不是你想的那样的。一个电子，也具有波动性，电子他本身就是波。你的理解不对，一个电子也会有波的干涉和衍射现象发生，这样的一个描述叫波函数，波函数描述的就是这个电子的运动状态，这个电子的动量能量角动量位置等都能由这个波函数得到
再问： 好的，万分感激您的解答。请原谅我的驽钝，还有最后一点点疑问。您指的一个电子也能表现出波动性，是指在单个电子在没有干扰（没有检测器）的情况下，通过双缝，也能呈现出自身干涉的干涉条纹吗？这个实验已经可以实现了吗？已经有人在荧光屏上看到单个电子了自身衍射图案了吗？同样还有一点疑问，因为字数超限，只能写在提问补充里面，也请您一并指教，感激不尽。
再问： 好的，万分感激您的解答。请原谅我的驽钝，还有最后一点点疑问。您指的一个电子也能表现出波动性，是指在单个电子在没有干扰（没有检测器）的情况下，通过双缝，也能呈现出自身干涉的干涉条纹吗？这个实验已经可以实现了吗？有人在荧光屏上看到单个电子了自身衍射图案了吗？同样还有一点疑问，因为字数超限，只能写在提问补充里面，也请您一并指教，感激不尽。
再答： 理解有误！主要问题是什么呢？如果你学过量子力学你就会懂，这个叫做测量的东西很值得深思。电子既是粒子又是波，既不是粒子又不是波。就像说你的脸一样，你高兴的时候是笑脸，不高兴的时候就是哭脸，我不能说你是笑脸，也不能说你是哭脸，你就是你自己啊！测量是对体系的一种扰动，这种扰动会导致坍缩，然而坍缩后，仍然是波函数，这个坍缩后的态会按照薛定谔方程继续随时间演化，直至下一次测量。所以电子的粒子性和波动性是时刻存在的。不是有时是粒子，有时是波。而是他本身就是波和粒子的一个整体。
再问： 泪目啊，果然是错了。不过这个关于测量的这个说法，我也看到过，多多少少也能理解一点。但是还是之前那个疑问，关于一个电子自身干涉的图案，请问到目前为止，已经有人在实验室里做出过、看到过了吗？一个电子自身干涉图案什么的，我一直以为只是一个思维实验啊……
再答： 当然可以,下面是我摘抄给你的。
Single-electron double-slit diffraction was first demonstrated in 1974 by Giulio Pozzi and colleagues at the University of Bologna in Italy, who passed single electrons through a biprism – an electron optical device that serves the same function as a double slit – and observed the build-up of a diffraction pattern. A similar experiment was also carried out in 1989 by Akira Tonomura and colleagues at Hitachi's research lab in Japan.
reference：http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/14/feynmans-double-slit-experiment-gets-a-makeover
再答： 是的，你看以下链接就知道了。
http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/14/feynmans-double-slit-experiment-gets-a-makeover
里面说Single-electron double-slit diffraction was first demonstrated in 1974 by Giulio Pozzi and colleagues at the University of Bologna in Italy, who passed single electrons through a biprism – an electron optical device that serves the same function as a double slit – and observed the build-up of a diffraction pattern. A similar experiment was also carried out in 1989 by Akira Tonomura and colleagues at Hitachi's research lab in Japan.
再答： 当然有，在70年代就完成了，你google一下single electron diffraction就会有答案
再问： single electron diffraction，单电子衍射，我百度、维基都看了一下，在电子衍射的条目下，都只找到晶体对电子束的衍射实验，这个是在1927年。
那个70年代的实验是指什么？那么一个电子的双缝干涉呢？如果一个电子也能有衍射图案，那一个电子也就应该有干涉图案才对。那为什么在观察者不干涉的时候，单个电子通过双缝，也只是一个点，要一段时间才能有干涉图案？
再答： I told you to google it.
70年代做的那个实验就是单电子双缝实验了，注意，这个single很重要。你也可以试single electron double slit diffraction. 当然有干涉条纹。
再问： 呃，我翻不了墙google也没用啊。找到一段科普文（地址附提问补充）引原文：“这些粒子一个个通过双缝的实验称为"积累",因为干涉条纹是在一段时间后显现的,实验物理学家通过多年的努力终于实现这一点”
也就是所谓单电子干涉，就是一次仅一个电子通过的意思，干涉图案仍需累积。
一个电子的干涉图案什么的，太颠覆我三观了。如果您那边能打开google页面，能请您引用一段文字出来吗？关于实验结果的描述。感激不尽！
再答： http://images.iop.org/objects/phw/news/thumb/17/3/20/feynman-double-slit.jpg
Single-electron double-slit diffraction was first demonstrated in 1974 by Giulio Pozzi and colleagues at the University of Bologna in Italy, who passed single electrons through a biprism – an electron optical device that serves the same function as a double slit – and observed the build-up of a diffraction pattern.
再答： also try http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/14/feynmans-double-slit-experiment-gets-a-makeover
再问： http://article.yeeyan.org/view/364073/353525
您提供的原文翻译在这里，引用：“ 该实验的电子源强度很低以至于每秒仅约一个电子被观测到——这保证每次仅单个电子将穿过双缝。依此速率大约用了两个小时才在观测器上形成可观测的实验现象”
这不是和我描述的情形一样吗？？？？？？？
连页面上的视频，都是一个个小点，形成图像的。这个叫单、个、电、子、的干涉图像？单个？
再答： 哇塞。。。这都可以。。。译文！！
我问你一个问题啊，知道coherence不？难道你认为这一秒发射出的电子和下一秒发射出的电子能发生干涉？
再问： 等等，我不太明白。我理解的是单个电子通过双缝，只会在荧光屏上留下一个点，不论是否有探测器。而关于电子的波函数特性，是表现在大量电子通过双缝时，呈现出的干涉条纹。一个电子通过双缝，永远只会留下一个亮点。请问这个理解对吗？
还有一点疑问，因为字数超限，写在提问补充里面了，能请您一并解答一下吗？谢谢。
再答： 不是你想的那样的。一个电子，也具有波动性，电子他本身就是波。你的理解不对，一个电子也会有波的干涉和衍射现象发生，这样的一个描述叫波函数，波函数描述的就是这个电子的运动状态，这个电子的动量能量角动量位置等都能由这个波函数得到
再问： 好的，万分感激您的解答。请原谅我的驽钝，还有最后一点点疑问。您指的一个电子也能表现出波动性，是指在单个电子在没有干扰（没有检测器）的情况下，通过双缝，也能呈现出自身干涉的干涉条纹吗？这个实验已经可以实现了吗？已经有人在荧光屏上看到单个电子了自身衍射图案了吗？同样还有一点疑问，因为字数超限，只能写在提问补充里面，也请您一并指教，感激不尽。
再问： 好的，万分感激您的解答。请原谅我的驽钝，还有最后一点点疑问。您指的一个电子也能表现出波动性，是指在单个电子在没有干扰（没有检测器）的情况下，通过双缝，也能呈现出自身干涉的干涉条纹吗？这个实验已经可以实现了吗？有人在荧光屏上看到单个电子了自身衍射图案了吗？同样还有一点疑问，因为字数超限，只能写在提问补充里面，也请您一并指教，感激不尽。
再答： 理解有误！主要问题是什么呢？如果你学过量子力学你就会懂，这个叫做测量的东西很值得深思。电子既是粒子又是波，既不是粒子又不是波。就像说你的脸一样，你高兴的时候是笑脸，不高兴的时候就是哭脸，我不能说你是笑脸，也不能说你是哭脸，你就是你自己啊！测量是对体系的一种扰动，这种扰动会导致坍缩，然而坍缩后，仍然是波函数，这个坍缩后的态会按照薛定谔方程继续随时间演化，直至下一次测量。所以电子的粒子性和波动性是时刻存在的。不是有时是粒子，有时是波。而是他本身就是波和粒子的一个整体。
再问： 泪目啊，果然是错了。不过这个关于测量的这个说法，我也看到过，多多少少也能理解一点。但是还是之前那个疑问，关于一个电子自身干涉的图案，请问到目前为止，已经有人在实验室里做出过、看到过了吗？一个电子自身干涉图案什么的，我一直以为只是一个思维实验啊……
再答： 当然可以,下面是我摘抄给你的。
Single-electron double-slit diffraction was first demonstrated in 1974 by Giulio Pozzi and colleagues at the University of Bologna in Italy, who passed single electrons through a biprism – an electron optical device that serves the same function as a double slit – and observed the build-up of a diffraction pattern. A similar experiment was also carried out in 1989 by Akira Tonomura and colleagues at Hitachi's research lab in Japan.
reference：http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/14/feynmans-double-slit-experiment-gets-a-makeover
再答： 是的，你看以下链接就知道了。
http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/14/feynmans-double-slit-experiment-gets-a-makeover
里面说Single-electron double-slit diffraction was first demonstrated in 1974 by Giulio Pozzi and colleagues at the University of Bologna in Italy, who passed single electrons through a biprism – an electron optical device that serves the same function as a double slit – and observed the build-up of a diffraction pattern. A similar experiment was also carried out in 1989 by Akira Tonomura and colleagues at Hitachi's research lab in Japan.
再答： 当然有，在70年代就完成了，你google一下single electron diffraction就会有答案
再问： single electron diffraction，单电子衍射，我百度、维基都看了一下，在电子衍射的条目下，都只找到晶体对电子束的衍射实验，这个是在1927年。
那个70年代的实验是指什么？那么一个电子的双缝干涉呢？如果一个电子也能有衍射图案，那一个电子也就应该有干涉图案才对。那为什么在观察者不干涉的时候，单个电子通过双缝，也只是一个点，要一段时间才能有干涉图案？
再答： I told you to google it.
70年代做的那个实验就是单电子双缝实验了，注意，这个single很重要。你也可以试single electron double slit diffraction. 当然有干涉条纹。
再问： 呃，我翻不了墙google也没用啊。找到一段科普文（地址附提问补充）引原文：“这些粒子一个个通过双缝的实验称为"积累",因为干涉条纹是在一段时间后显现的,实验物理学家通过多年的努力终于实现这一点”
也就是所谓单电子干涉，就是一次仅一个电子通过的意思，干涉图案仍需累积。
一个电子的干涉图案什么的，太颠覆我三观了。如果您那边能打开google页面，能请您引用一段文字出来吗？关于实验结果的描述。感激不尽！
再答： http://images.iop.org/objects/phw/news/thumb/17/3/20/feynman-double-slit.jpg
Single-electron double-slit diffraction was first demonstrated in 1974 by Giulio Pozzi and colleagues at the University of Bologna in Italy, who passed single electrons through a biprism – an electron optical device that serves the same function as a double slit – and observed the build-up of a diffraction pattern.
再答： also try http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/14/feynmans-double-slit-experiment-gets-a-makeover
再问： http://article.yeeyan.org/view/364073/353525
您提供的原文翻译在这里，引用：“ 该实验的电子源强度很低以至于每秒仅约一个电子被观测到——这保证每次仅单个电子将穿过双缝。依此速率大约用了两个小时才在观测器上形成可观测的实验现象”
这不是和我描述的情形一样吗？？？？？？？
连页面上的视频，都是一个个小点，形成图像的。这个叫单、个、电、子、的干涉图像？单个？
再答： 哇塞。。。这都可以。。。译文！！
我问你一个问题啊，知道coherence不？难道你认为这一秒发射出的电子和下一秒发射出的电子能发生干涉？