​第二十二章 双缝干涉实验到底是什么东东？

第二十二章 双缝干涉实验到底是什么东东？

双缝干涉实验，在网上传得神乎其神，说这个实验是怪异、恐怖的，甚至连平行宇宙都牵扯进来了。那么双缝干涉实验到底是怎么回事？

双缝干涉实验装置示意图

在第二十一章中，介绍了杨氏干涉实验，只要把其中的小孔改成狭缝，就是杨氏双缝干涉实验。图1是双缝干涉实验装置示意图，P表示观察屏。

图1 双缝干涉实验装置示意图

狭缝单色光源

如第二十一章中介绍的那样，把狭缝S放置在棱镜或者光栅产生的光谱后面，当狭缝足够狭窄时，认为从狭缝出射的就是单色光。如图2所示，单缝S发出的光，实线表示波峰，虚线表示波谷，从第十九章知道，波峰与波谷之间距离相差半个波长。

图2 单缝出射光

双缝光源发出光的叠加

入射双缝的光来自单缝S，同一波面同时到达双缝，故，双缝相当于两个光源，发出的光满足三个相干条件，如图3所示。

图3 双缝出射光

仔细观察图3，可以看到在双缝发出的光相遇区域，有实线叠加实线的（即波峰对波峰，干涉极大），有虚线叠加虚线的（即波谷对波谷，干涉极大），也有实线叠加虚线（即波峰对波谷，干涉极小）、虚线对实线的（即波谷叠加波峰，干涉极小）。观察结果，如图4所示。

图4 双缝干涉结果

双缝干涉条纹

从第二十章知道，观察屏上呈现的，不是均匀照明，也不是双缝的像，而是干涉条纹：极大值处是明条纹，亮度是单个狭缝光源亮度的4倍；极小值处是暗条纹，亮度是0，并且条纹是明暗相间、等距离均匀分布，如图4、5所示。图5上的阿拉伯数字表示干涉条纹的级序，依次称为零级干涉条纹、一级干涉条纹、负一级干涉条纹等。

图5 双缝干涉条纹

白光入射

如果用白光照射单缝S，在观察屏上仍能看到干涉条纹。理论计算及实验发现，每种颜色的光干涉条纹在屏上的位置与其波长成正比。中央零极条纹仍为白色亮纹，两侧对称的排列着彩色条纹，对同一级亮纹，波长越长，条纹位置离中央亮纹越远。

图6 白光入射干涉条纹