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双缝

作者:两个方面看问题 | 分类:科幻 | 字数:13.8万

第六十三章 神秘的双缝

书名:双缝 作者:两个方面看问题 字数:3592 更新时间:2024-10-11 05:30:56

太空的生活是安静的,也是枯燥的。

林翾学会了在无人的宇宙空间中与太阳和黑暗作伴,这里没有人打扰,可以在极端安静的状态下聆听宇宙的呼吸声音,在没有打扰的情况下思考一些问题。

“欧罗巴深空研究站”有几个年龄相仿的孩子,与林翾谈得来的只有名叫玛丽的小女孩。

最近,第一空间购买的空间站“深空号”被移动到与第二空间站“欧罗巴”相同的地点,并进行位置精准重合,两个空间站可以通过量子纠缠系统实时交流。

在太空站生活与地面不同,自己独处的时间更多一些,这里没有地面上人员复杂,更没有犯人勾心斗角,除了必要的课程学习外,可以阅读任何感兴趣的东西。

林翾受妈妈的影响,对物理课程比较关注,特别是对量子力学理论达到了着迷的程度,他想看看在太空中的双缝试验结果与地球上是否一致。

既然有这个兴趣,当然不能打消他们的积极性。林昱静向上汇报后,决定在两个空间站的物理实验室,重复240年前,英国医生托马斯·杨提出的已经做过无数遍的实验,满足孩子们的好奇心。

林昱静带着林翾、玛丽·布鲁斯来到实验室,实验室在空间站的中间位置,重力加速度几乎为零,人可以漂浮在空间中。

光子发生装置是现成的,既可以发射成束光子,又可以发射单个光子。

在林昱静的指导下,林翾首先固定一个同频率的光子发生器,可以调节发出光子的波长,他把波长调节为500nm。

在光子发生器的前面,固定第一个正方形黑色的塑片,中间一条可以调节宽度的直缝,缝宽调到30微米。

先做光的单缝衍射实验,在接受屏幕上出现多个绿色条纹,中间的条纹较宽,而且亮,两边条纹的亮度逐渐变细、变弱。。

在第一个正方形塑片的后方,放置第二个黑色的塑片,两个平行竖直放置的塑片之间的距离是5厘米,这个距离能够移动。

第二个黑色塑片中间有两条相邻的竖缝, 缝宽40微米,两个缝之间紧紧挨在一起,缝之间间距可以调节。

光子收集屏幕在双缝的后面,本身就是一台电脑,可以连续记录实验的整个过程。

光子发生器、单缝塑片、双缝塑片、光子收集屏,底部均固定在一条轨道的凹槽中,呈一条线排列在试验台上。

林翾打开屏幕接收器的电源和光子发生器的电源,前后移动单缝和双峰塑片的距离,在光子收集屏上,出现了许多竖条状的淡绿色光带,各个条纹的宽度和亮度差不多,这个即是双缝干涉条纹。

林昱静给孩子们讲解什么是波、波的特性、波的衍射和干涉特点;波有波峰和波谷,两个波走到一起,波峰和波峰相遇了,会出现更高的波峰,波谷和波谷相遇会出现更深的波谷,波谷和波峰相遇,会相互抵消,条纹中亮的部分即是更高的波峰和更深的谷,最暗的部分是波峰和波谷抵消的部分。

林翾自己调整光的波长、缝隙的宽度、双缝的间距、屏幕和光源之间的距离、黑色塑片的相对位置,观察干涉波形的变化。

6个多小时很快过去,孩子有点累了,林昱静让他(她)们到餐厅吃饭、喝水,然后回自己的船舱休息。18个小时后如果还有兴趣,再来实验室继续做单光子的双缝实验。

“深空号”里的什佤克南、百里星光,与林翾在视频中交流了试验的事情,他们也要求在“深空号”空间站两个平行空间相同的地点做双缝试验,“深空号”里的物理老师百里麦田负责准备实验器械,解释试验结果。

12小时后,林翾、玛丽和更多的10岁以上的孩子怀着好奇心,来到2号船的实验室,欣赏量子干涉试验。

林昱静如约来到昨天的试验器械旁边,接通屏幕接收器和光子发生器的电源。昨天的干涉条纹再次出现,林昱静介绍了光的波动学说对双缝实验结果的解释,

接下来,进行实验的第二部:单光子干涉实验。林昱静把光子发生器设置为每次发出一个光子。孩子们聚集在屏幕前,看到一个个光子没有规律的散布在接受器的屏幕上,随着光点的越来越多,这些不断聚集的光点逐渐变得有规律,显示出正弦干涉条纹,并且越来越明显。

林昱静解释:“孩子们,第二部分实验叫单光子干涉实验。我们每次发射的是单个光子,到达屏幕后,再发射下一个,每次光子最后在屏幕会出现一个点,说明光子到达屏幕的时候是一个粒子。

孩子们都看到了,通过双缝到达屏幕的单个光子,最后出现的是有规律的干扰后的条纹。

也就是说,单个光子也可以出现干涉,单光子可以自己与自己干涉,为什么呢?目前仍然是一个谜。

有人说单光子是自己分成2个光子,分别进入两个缝隙,然后自己与自己干涉,通过缝隙后再重新合成一个光子,这有点匪夷所思。目前还是难解之谜,越是难解之谜,越令人着迷,不是吗?”

林昱静没有讲解更多的科学假说和假设,否则,容易把小孩的思维带偏,让他们自己想出来的东西也许更有用处。

林昱静离开物理实验室到影像实验室准备光子观察摄像机,让孩子们自己不断重复实验,培养动手能力。

小孩子观看时间长了,渐渐失去了兴趣,物理实验室里只剩下林翾、玛丽。

林翾把室内灯光关掉,悬浮在实验台前,盯着屏幕陷入沉思之中。玛丽在一边一会看看屏幕上的干涉条纹,一会看看林翾,没有打断男孩的思路。她怕男孩出现什么危险,不敢离开,心里对这个经常发呆的小伙子有好感。

再次过去7个多小时,林翾的眼睛有了活力,有了亮光。

他在手表上点了一下,“深空号”的百里星光取得语音联系。

“我是林翾,你睡了吗?”

“没有呢,睡不着,我和什佤克南在实验室。”

“正好,我也在实验室室,你们的双缝试验仪器还开着吗?”

“是啊,正在运行。”

“你们的仪器在什么位置?”

“与你们的实验室在同一个位置,同一个方向。实验室的中间一个固定的试验平台,中间一个导轨,平台上从船的A侧向B侧排列顺序是光子发生器、单缝、双缝、接受屏幕。”

“与我们这边一样。我有一个实验的想法,你听我的,我们两边同时做试验。”

“你说吧,如何做?”

“你把接受屏幕的电源保持打开状态,把光子发生器的电源关掉。”

“可以了。”

“我这边单光子双缝实验正常进行。你到屏幕前看看有什么结果。”

“好的。”

“有什么东西吗?”

“暗淡的屏幕上满布细小的白色雪花点,这是宇宙背景辐射在屏幕上的表现,没有发生有规律的图形。”

“再等等,这个是单光子实验,可能需要很长时间才出现图形。”

“没有问题。”

漫长的一个小时过去了,百里星光和什佤克南仍然在屏幕上没有看到图形。

“还是没东西,我们再等等吧。”

又过去一个小时,玛丽漂浮在空间中睡着啦。

“这边还是没有东西出现。”

“难道我的想法错了?” 林翾喃喃自语。“你把显示屏的电源也关掉,我把这边的发射光子的频率增加,你能够感觉到什么吗?”

“好的,关掉了,漆黑一片,什么也看不见。”

“你把眼睛放在显示屏的前面试试。”

百里星光漂浮到试验台的上方,头下脚上,把眼睛朝向双缝的位置。什佤克南在一边固定并且负责移动他。

“还是什么都没有。”

“我这边再次加大光子发射的密度。”

“还是没有感觉。”

真失望,林翾准备放弃了。

“等等!”是在一边辅助的什佤克南的声音,“我似乎看到了什么!我看到了什么东西在眼前一闪一闪!”

尖叫声把玛丽吓醒了,“怎么了?”

“是啊,看到什么了?”

“我的眼睛似乎感觉到什么东西了,我站立的位置,这里,对就是这里。”

“是不是我们两边的空间有错位?” 百里星光非常兴奋。

“有可能,绝对有可能。”

“你把显示屏放到什佤眼睛所在的位置。”

“正在挪动。”

“打开屏幕电源。”

“打开了。”

什佤克南用双手固定住漂浮在空间中的屏幕。

“可以看到绿色的小点出现。”

“再等等。”

“图像出来了,绿色的条纹,在屏幕上可以看到多条绿色的条纹。”

“没有想到,真相如此简单。”

“你们找到双缝实验的干涉真相了?”玛丽问到。

“应该是吧,起码能够解释单光子干涉试验的结果。”林翾说到。

“记下来吧,今天是地球时间,2047年2月11日,4点20分18秒。我宣布,双缝干涉实验的真相之一,被我们发现了!”

4个孩子稀稀拉拉的掌声在太阳系一个不起眼的角落中响起,他们竟然解决了一个困扰人类240年的难题,自己有点兴奋当然是可以理解的。

数个小时后,双侧空间站科学家们集中在物理实验室,证实了4个孩子发现的单光子双缝干涉真相是可以重复的。

只顾高兴了,还没有说清楚这个实验的价值在哪里,物理专业的专家们已经明白了它的意义,读者中还有非物理专业的学者们,有必要说清楚。总结以下几点,可能不全面,多担待吧,毕竟作者不是搞物理的。

1、在量子级别,两个平行宇宙中可以同时出现成对的光量子,两个平行宇宙分别出现一个光量子。

2、平行宇宙中同时出现的的光量子,可以相互干涉。

3、单光子双缝实验出现的干涉条纹,是平行宇宙中同时出现的另一个光量子相互干涉的结果。

这让人想起在地球21世纪30年代,真空撕裂装置运行中,经常出现成对的电子,并不是单侧出现一对电子,而是本侧空间产生一个,另外空间也产生一个对应的正电子;另外一边的空间产生的电子,同时在本侧空间出现的对应的正电子。

如果有人多思考一步,这个现象可能早就被发现了。