的位置,而是被“抹平”成一定的几率分布。量子力学的理论是基于一个全新的数学基础之上,不再按照粒子和波动来描述实际的世界;而只不过利用这些术语,来描述对世界的观测而已。所以,在量子力学中存在着波动和粒子的二重性:为了某些目的将波动想像成为粒子是有助的,反之亦然。这导致一个很重要的后果,人们可以观察到两组波或粒子的所谓的干涉,也就是一束波的波峰可以和另一束波的波谷相重合。这两束波互相抵消,而不是像人们预料的那样,迭加在一起形成更强的波(图)。一个熟知的光的干涉的例子是,肥皂泡上经常能看到颜色。这是因为从形成泡沫的很薄的水膜的两边反射回来的光互相干涉而引起的。白光含有所有不同波长或颜色的光波,从水膜一边反射回来的具有一定波长的波的波峰和从另一边反射的波谷相重合时,对应于此波长的颜色就不在反射光中出现,所以反射光就显得五彩缤纷。
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由于量子力学引进的二重性,粒子也会产生干涉。一个著名的例子即是所谓的双缝实验(图)。一个带有两个平行狭缝的隔板,在它的一边放上一个特定颜色(即特定波长)的光源。大部分光都射在隔板上,但是一小部分光通过这两条缝。现在假定将一个屏幕放到隔板的另一边。屏幕上的任何一点都能接收到两个缝来的波。然而,一般来说,光从光源通过这两个狭缝传到屏幕上的距离是不同的。这表明,从狭缝来的光到达屏幕之时不再是同位相的:有些地方波动互相抵消,其他地方它们互相加强,结果形成有亮暗条纹的特征花样。
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非常令人惊异的是,如果将光源换成粒子源,譬如具有一定速度(这表明其对应的波有同样的波长)的电子束,人们得到完全同样类型的条纹。这显得更为古怪,因为如果只有一条裂缝,则得不到任何条纹,只不过是电子通过这屏幕的均匀分布。人们因此可能会想到,另开一条缝只不过是打到屏幕上每一点的电子数目增加而已。但是,实际上由于干涉,在某些地方反而减少了。如果在一个时刻只有一个电子被发出通过狭缝,人们会以为,每个电子只穿过其中的一条缝,这样它的行为正如同另一个狭缝不存在时一样——屏幕会给出一个均匀的分布。然而,实际上即使电子是一个一个地发出,条纹仍然出现,所以每个电子必须在同一时刻通过两个小缝!
粒子间的干涉现象,对于我们理解作为化学和生物以及由之构成我们和我们周围的所有东西的基本单元的原子的结构是关键的。在本世纪初,人们认为原子和行星绕着太阳公转相当类似,在这儿电子(带负电荷的粒子)绕着带正电荷的
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