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1、论杨氏双缝干涉实验在1807年，托马斯杨扬总结出版了他的自然哲学讲义，里面综合整理了他在光 学方面的工作，并在里面第一次描述了他那个名扬四海的实验：光的双缝干涉。后来的历史 证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列，而在今天，它已经出 现在每一本中学物理的教科书上。杨的实验手段极其简单：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了 一个点光源（从一个点发出的光源）。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了 两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替 的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。杨的著作点燃了革命的导火索，光的
2、波动说在经过了百年的沉寂之后，终于又回到了 历史舞台上来。但是它当时的日子并不好过，在微粒说仍然一统天下的年代，杨的论文开始 受尽了权威们的嘲笑和讽刺，被攻击为“荒唐”和“不合逻辑”。在近20年间竟然无人问 津，杨为了反驳专门撰写了论文，但是却无处发表，只好印成小册子。但是据说发行后“只 卖出了一本”。原因很简单，在此之前人们一直认为光是纵波，直到1819年一个不知名的 法国年轻工程师 菲涅耳（Augustin Fresnel），当时他才31岁，在关于偏振光线的 相互作用论文里，提出了光是横波的概念。理论依据让我们考虑这一“原型的”量子力学实验。一束电子或光或其他种类的“粒子一一 波”通过双窄
3、缝射到后面的屏幕去。为了确定起见，我们用光做实验。按照通常的命名法， 光量子称为“光子”。光作为粒子（亦即光子）的呈现最清楚地发生在屏幕上。光接收是以 光子单位的完全有或完全没有的现象。只有整数个光子才被观察到。然而，光子通过缝隙时似乎产生了类波动的行为。先假定只有一条缝是开的（另一条缝 被堵住）。光通过该缝后就被散开来，这是被称作光衍射的波动传播的一个特征。但是，这 些对于粒子的图像仍是成立的。可以想象缝隙的边缘附近的某种影响使光子随机地偏折到两 边去。当相当强的光也就是大量的光子通过缝隙时，屏幕上的照度显得非常均匀。但是如果 降低光强度，则人们可断定，其亮度分布的确是由单独的斑点组成一一和
4、粒子图像相一致 是单独的光子打到屏幕上。亮度光滑的表观是由于大量的光子参与的统计效应。光子在 通过狭缝时的确被随机地弯折一一弯折角不同则概率不同，就这样地得到了所观察到的亮度 分布。然而，当我们打开另一条缝隙时就出现了粒子图像的关键问题！假设光是来自于一个黄 色的钠灯，这样它基本上具有纯粹的非混合的颜色一一用技术上的术语称为单色的，也即具 有确定的波长或频率。在粒子图像中，这表明所有光子具有同样的能量。此处波长约为 5X10-7米。假定缝隙的宽度约为0.001毫米，而且两缝相距0.15毫米左右，屏幕大概在 一米那么远。在相当强的光源照射下，我们仍然得到了规则的亮度模式。但是现在我们在屏 幕中心
5、附近可看到大约三毫米宽的称为干涉模式的条纹的波动形状。我们也许会期望第二个 缝隙的打开会简单地把屏幕的光强加倍。如果我们考虑总的照度，这是对的。但是现在强度 的模式的细节和单缝时完全不同。屏幕上的一些点一一也就是模式在该处最亮处一一照度为 以前的四倍，而不仅仅是二倍。在另外的一些点一也就是模式在该处最暗处-光强为零。强 度为零的点给粒子图像带来了最大的困惑。这些点是只有一条缝打开时粒子非常乐意来的地 方。现在我们打开了另一条缝，忽然发现不知怎么搞的光子被防止跑到那里去。当光通过缝隙时，它似乎像波动而不像粒子那样行为。这种抵消一对消干涉一是波动的 一个众所周知的性质。如来两条路径的每一条分别都可
6、让光通过，而现在两条同时都开放， 则它们完全可能会相互抵消。我解释了何以致此。如果从一条缝隙来的一部分光和从另一条 缝隙来的“同相”（也就是两个部分波的波峰同时发生，波谷也同时发生），则它们将互相 加强。但是如果它们刚好“反相”（也就是一个部分波的波峰重叠到另一部分的波谷上）， 则它们将互相抵消。在双缝实验中，只要屏幕上到两缝隙的距离之差为波长的整数倍的地方， 则波峰和波峰则分别在一起发生，因而是亮的。如果距离差刚好是这些值的中间，则波峰就 重叠到波谷上去，该处就是暗的。关于通常宏观的经典波动同时以这种方式通过两个缝隙没 有任何困惑之处。波动毕竟只是某种媒质（场）或者某种包含有无数很小点状粒子
7、的物体的 一种“扰动”。扰动可以一部分通过一条缝隙，另一部分通过另一条缝隙。但是这里的情况 非常不同；每一个单独光子自身是完整的波动！在某种意义上讲，每个粒子一下通过两条缝 隙并且和自身干涉！光的确不是有时像粒子有时像波那样行为。每一个单独粒子自身完全地以类波动方式 行为；一个粒子可得到的不同选择的可能性有时会完全相互抵消！为了得到干涉，两个不同选择都必须有贡献，有时“相加”一一正如人们预料的那样相 互加强到两倍一一有时“相减”一一这样两者会神秘地相互“抵消”掉。事实上，按照量子 力学的规则，所发生的事比这些还更神秘！两种选择的确可以相加（屏幕上最亮的点），两 者也的确可以相减（暗点）；但它们实际上也会以另外奇怪的组合形式结合在一起，例 如 “选择A”加上i乘以“选择B”， 事实上任何复数都能在“不同选择的组合”中起
