如何解釋單光子干涉？

1樓：呵伊基科

粒子是不連續的，波是連續的。單個的光子當然是不連續的，所以單個光子無法干涉。干涉條紋當然是多個光子形成的，乙個光子形成干涉條紋？不可能的。

2樓：

請不要被@靜光的答案誤導。

單光子的波函式也是波。當我們做雷射雙縫干涉實驗時，如果保證同一時刻空間中只有乙個光子，這就排除了不同光子的干涉。當我們重複許多次後，發現底片上呈現干涉條紋狀的分布。

也就是說，對製備成「傳播」狀態的光子，我們觀測它的位置，它有大概率坍縮到「亮條紋處」位置態，有小概率坍縮到「暗條紋處」位置態。

通過這個實驗，我們就測量出單光子的概率幅（波函式平方），從條紋結果反推出單光子波函式是干涉的。

如果沒有干涉，那麼底片上應當呈現的是2條略微擴散的亮紋，沒有干涉條紋。

3樓：

這有啥難理解的。乙個光子同時穿過兩個在它的相干波列內的狹縫，自己和自己干涉。P.

A.M.Dirac曾經說過，大概是 one single electron can only interferes with itself.

實在不好理解你看幅漫畫，我記得新概念物理上有，大概是乙個滑雪者穿過一棵大樹，左右雪橇板在大樹兩側留下劃痕，旁觀者大惑不解。

不同光子間沒有互相作用，你可以想象真空裡做楊的實驗。當然非線性光學就是另一回事了。

做實驗也不難。你買個可見光單光子源（不貴的），租對單光子detector和乙個corelator，測個G2發現有dip，好，再搭個雙縫後面擺個CCD。暗室裡做，積分時間長一點就行。

我是建議這個實驗可以放進高中物理奧賽。

4樓：靈劍

光子只有乙個波函式，但這個波函式可以分解成沿著雙縫的兩條路徑的疊加，這兩條路徑疊加的時候會發生干涉，導致波函式某些地方幅度大某些地方幅度小，歸一化波函式幅度的平方是概率密度。

5樓：盧荻

先說現象：光只有乙個通道時，乙個目的地，光的軌跡是可以推斷的。

光的直射通道被阻斷，兩側來口，發現光會繞過擋板，從兩側進入，形成條紋。由於只有這兩個通道，推斷光一定是從兩者之一通過，堵住乙個，應當只會減少一半的條紋亮度，並不改變條紋形狀。

根據推斷再次實驗，發現條紋被改變，表明即使光從沒有堵上的通道通過，卻「知道了」另乙個通道被堵上，推斷與現象不符，表明人對光的認識還很膚淺。

科學家懷疑光束間相互影響，因而改變光的發射狀況，每次發射最小的乙份光，也可以說是光子。乙個光子被底板吸收記錄前，是不會發射第二個光子的，這樣就保障了光子間沒有影響。然而，最終底板統計結果出來，還是條紋狀，表明光子間沒有干涉，之所以產生條紋，是單個光子的自身性質導致的，而非群體屬性。

即使不談電磁波，單單是水波、麥浪，也會發現波並不會相互干涉，兩道波相撞也會互相穿過，除非載體承受不住，比如說水波浪花。因而，對於光的波函式相互干涉什麼的，並沒有道理，只是瞎想。

由於以上光的實驗，使科學家們無法給出乙個明確、簡潔的物理模型解釋這種奇怪的現象，加上微觀世界的尺度，使得產生了根據統計計算概率的事，因為這是可以實現的方法，因而量子力學很重要的一點就是概率性。

對於概率，可以這樣理解，有乙個體型非常大的生物，它的眼球比銀河系還要大，它通過精密的儀器，觀察地球、火星、金星在太陽系中的位置，結果因為體型太大而動作緩慢，兩次觀察之間的世界間隔為一億年，統計結果出來，非常混亂，根本就無法從中找到規律。

量子力學便是這樣，科學家試圖觀察電子在原子軌道中的位置，每隔一定時間拍攝記錄一下，開始發現毫無規律，時間長了，底板布滿記錄，通過底板上的影像密度，推測出電子在原子軌道中的概率，或者說是某位置呆的時間所佔百分比。

科學家認識到，兩次觀察間隔太久，觀察間隔內，電子位置移動了很長時間，因此電子軌跡難以統計。而另一些科學家則認識到，觀察手段本身就對電子軌跡有所影響，每次觀察都會使電子軌跡立刻改變，影響下一次。不管怎樣，概率法都是無可奈何之舉。

電子況且是難以觀察，更何況是光子。人類僅僅是統計到了電子、光子的結果，而對於其過程僅僅能夠猜想，還無法提出有效的論斷。於是，有些人乾脆忽略電子、光子運動的過程，把它們視為僅在人類觀察時存在的結果性事物，而結果正是根據統計學的概率性的。

回到衍射實驗，人類留下小孔或縫隙，就是為了進行一次篩選，確保了位置的固定，然而對於光子所要到達的擋板位置卻並不知道，反過來，乙個光子在底板上的位置是固定的，而通過的孔隙卻無法判斷。在電子實驗中，測量電子的位置，就能夠得知電子方位的勢能，然而對於動能卻並不知道。

對於微觀事物，僅能夠得知乙個屬性的現象，稱為量子測不准。

實際上，任何的科學理論都是人的想象和觀點，而能夠100%信任的只有現象本身，科學家在解釋現象，僅此而已。