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第2章 星星点点(第2页)

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假设你向握着苹果的人发射一枚蓝光粒子,那么苹果和手都不保了。

请仔细挑选志愿者。

100颗乒乓球的总能量可能相当于一枚炮弹,但炮弹的威力更大。

因此,一束光如果分裂成粒子,它的总能量就无关紧要,唯一重要的是颜色。

这就是我们观察到的。

在爱因斯坦看来,普朗克的光量子理论具有真正的物理学意义。

这不仅仅是我们接近答案的一种方式,它可能就是答案本身。

光终究是由粒子构成的。

在爱因斯坦的证明发表之后不久,化学家吉尔伯特·路易斯认为这些粒子应该有个比“光量子”

更好记的名字,并开始使用“光子”

(希腊语中的“光”

),且这个词沿用至今。

[2]

因为推动了光物理学的新进展,普朗克和爱因斯坦分别于1918年和1921年获得了诺贝尔奖。

遗憾的是,吉尔伯特·路易斯并没有获得诺贝尔奖,但他有一副令人敬畏的小胡子,而且被认为是“jiffy(瞬间)”

一词的发明者,所以在某种程度上,每个人都是赢家。

嗯……爱因斯坦?我们有个问题

爱因斯坦证明了光是由粒子构成的,这不仅支持了普朗克的量子理论,也公然挑战了托马斯·杨的光波理论。

一方面,光电效应和紫外灾难只有一种解释:光由粒子构成;另一方面,双缝实验表明,光是通过某种背景介质的波。

当两种假设发生冲突时,科学家只好通过实验解决分歧。

可是如果实验本身也有分歧,那么以牛顿的苹果的幽灵之名,我们该怎么办?这在科学中是史无前例的,我们必须努力找出一个漏洞。

也许我们可以用光子来解释双缝实验的结果。

我们的光源会像机关枪一样喷射出光子,它们会在空气中相互碰撞形成斑马条纹吗?

验证这一点的最好方法,是让光子在飞过双缝时不可能相互作用。

我们不要一次性把光子都射出去,而应该试着一个接一个地发射,相当于用狙击步枪取代机关枪。

多年以来这个实验有很多版本,其中最好、最简易的是1994年外村彰在日立制作所工作时做的那个。

[3]这家制造油箱、冰箱和**的公司,声称进行了有史以来最精确的双缝实验。

外村彰的设计细节与托马斯·杨的有很大不同,但它们都实现了相同的目的,所以为了简便,我会使用相同的术语,尽管它比我将要表述的复杂得多。

在实验中,外村彰的光束发射器朝着双缝发射光子,光可以由高亮度调节至低亮度。

双缝的另一侧放置一块探测屏,该探测屏的制成材料在受到撞击时就会发光,因此粒子到达的每一个地方都会形成光点。

与托马斯·杨的原版一样,当一束完整的光射向双缝时,外村彰得到了预期中的斑马条纹,可是当他把强度降低到每次一个光子时,他得到了一些非常奇怪的东西。

最开始的几分钟很无聊。

射向双缝的每一个光子随机地打在探测屏上。

但随着他继续观察,光点的图案逐渐累加,形成这样的带状物……眼熟吗?

这完全说不通,因为每个粒子都是单独发射的。

斑马条纹的形成需要分别通过两条狭缝的两个光子相互混合。

如果每个光子都是单独发射的,那么它与谁混合呢?在没有任何东西与光子发生干涉的情况下,它们是如何产生干涉条纹的呢?难道是光子以某种方式同时通过了两条狭缝?

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