雙孔干涉在環(huán)境干擾下的量子分析

王宇迪

摘 要：Dirac曾預(yù)言過光子的自相干性性質(zhì)。光子雖然具有波粒二象性，但是在具體的物理行為中光子只能表現(xiàn)出它的一種性質(zhì)，即波動(dòng)性或者粒子性。在雙孔干涉試驗(yàn)中，如果我們?cè)陔p縫和干涉屏之間布置一種灰塵場(chǎng)；在干涉行為中光子表現(xiàn)出的是它的波動(dòng)性，而光子為了散射為我們?nèi)搜鬯^測(cè)到就必須要顯示出它的粒子性。由于波動(dòng)性和粒子性兩種性質(zhì)的互相排斥導(dǎo)致了波包坍縮，即退相干，退相干的特點(diǎn)是破壞舊的相干性，建立一種新的相干、而且是不可逆的。

關(guān)鍵詞：光子 雙孔干涉 波函數(shù) 量子分析

中圖分類號(hào)：TQ460 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（a）-0038-02

考慮一個(gè)在暗室操作的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，選取氦氖激光器發(fā)出的光束為入射光，光束通過狹縫最后在光屏上得到干涉圖樣。選取兩個(gè)剛擦試過黑板的干燥的粉筆擦，然后我們?cè)诤つ始す馄髋c狹縫之間將粉筆擦微微互相碰撞，以將粉筆灰講彌漫在光源和狹縫之間，于是在側(cè)面我們會(huì)觀察到光亮的通路，我們知道這是由于大量（mol量級(jí)）光子散射進(jìn)入我們眼中的結(jié)果，干涉屏上的圖案依然存在；當(dāng)我們?cè)讵M縫和光屏之間做同樣的操作來想“窺探”干涉路徑時(shí)，遺憾的是觀察到的結(jié)果并不是理想中的干涉圖樣。該文正是基于以上物理實(shí)驗(yàn)背景，用量子光學(xué)的方法來分析光子的行為。

1 光子的空間波函數(shù)

從氦氖激光器發(fā)出的激光光束方向性和相干性很好，而且具有很好的單色性。由于單色波具有線偏振性，可以把偏振光分為左旋偏振光和右旋偏振光，其中左旋偏振光的本征矢（即歸一化的瓊斯矢量）為，右旋偏振光的本征矢為[1]。

4 結(jié)論

光子通過狹縫在外界觀測(cè)干擾時(shí)，部分光子的波函數(shù)按照相應(yīng)的概率坍縮到其本正態(tài)，其光路圖改變并不是原有干涉形式，然后在光屏通過散射為我們所觀測(cè)，沒有坍縮的光子以原有的波函數(shù)形式映射在光屏上形成干涉圖像。

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