虛空聖堂 作品
第389章 楊氏雙縫干涉實驗！造就未來最詭異的量子實驗！
而這一切，都是從一個簡單的實驗開始。
楊氏雙縫干涉實驗的原理和步驟，看起來確實很簡單。
一句話可以概括：
【讓光源通過兩個相鄰縫隙後，就會發生干涉，在光屏上形成明暗相間的條紋。】
但是涉及到具體的細節後，沒有認真學習的學生，恐怕會一頭霧水。
比如：
第一，用什麼樣的光源才能做雙縫干涉實驗？在托馬斯·楊那個時代如何獲取？
第二，兩個縫隙之間的距離，及單個縫隙的寬度如何確定？它們如何影響實驗結果？
等等。
所以，說線做淚。
托馬斯·楊是在19世紀初做的這個實驗，當時還沒有光源發生器。
於是，他在窗戶上開了一個小洞，讓太陽光照射進來，利用太陽光作為光源。
太陽光是白光，也就是非相干光。
雖然太陽光也能做雙縫干涉實驗，但是相干性太差，只能看到零級條紋。
所以，托馬斯又利用稜鏡，將太陽光分解，獲得單色光。
單色光的相干性，要遠遠優於太陽的白光。
接著，他讓單色光先通過一個小孔s1，進一步提高相干性。
然後，他又在一張非常薄的紙片上，開了兩個距離很近的針孔s2和s3。
通過s1的單色光，經過一段距離後，又分別通過s2和s3。
這樣，通過s2和s3的光，都是來自於s1孔這個同一單色光源。
於是，就會在s2和s3後面的黑板上發生干涉，形成明暗相間的條紋。
這就是當時托馬斯·楊的實驗過程。
真實歷史上，他也用白光做了實驗，效果不是非常好。
發展到現在，物理學家們把小孔改成了狹縫，獲得了更好的實驗效果。
再到未來，出現了激光器，光源的相干性大大提高。
而且得益於微納工藝的發展，物理學家可以製造出只有幾百納米寬的狹縫。
這個寬度基本就和可見光的波長一樣了，發生的干涉效應極其明顯。
楊氏雙縫干涉實驗的精度，得到了飛躍式的提高。
而現在，吳有訓要做的，就是重複這個實驗，得到干涉條紋。
他面前的實驗臺上，擺好了各種儀器，還有給定的狹縫。
他需要通過測量狹縫的尺寸，來計算出s1到s2和s3之間的距離。
同時還有s2、s3到光屏上的距離、狹縫之間的距離等等參數。
對於這個時代的學生而言，這可不是一項簡單的工程。
很快，吳有訓便專注地投入到實驗當中。
與此同時，伊蕾娜、蘭徹等人，也都開始了自己的實驗。
伊蕾娜選到了實驗二：卡文迪許扭矩實驗。
這個實驗的目的，是測量萬有引力常數g。
它是由英國物理學家卡文迪許在18世紀末進行的實驗。
沒錯，這個卡文迪許，就是創建劍橋大學卡文迪許實驗室的那位。
也算是李奇維、盧瑟福、威爾遜等人的祖師爺了。
這個實驗設計的非常巧妙。
簡單而言，就是先豎直固定一根絲線。
然後在絲線下方末端水平懸掛一根長杆，這樣就組成了一個扭秤。
在長杆的兩端，分別掛上一個鉛球A（質量已知）。
記錄此時的長杆位置。
接著，在兩個鉛球A的旁邊，再分別放上鉛球B。
由於A和B之間的萬有引力作用，長杆的角度會發生偏轉。
根據偏轉角度、鉛球質量等數據，就可以計算出萬有引力常數。
這個實驗也是看起來非常簡單。
但是實際操作時，難度非常高。
卡文迪許當時是做了大半年，才得到完美的數據。
因為有太多的誤差因素，會導致結果出現問題了。
鉛球之間的引力太小了，所以誤差的影響就很大。
如何有效地消除誤差，是這個實驗的關鍵。
儘管如此，伊蕾娜還是面帶微笑。
她覺得自己的運氣不錯，這個實驗在她看來，比另外三個簡單很多。
最重要的是，不會出現大的差錯。
蘭徹選到實驗四：法拉第電磁感應實驗。
這個實驗證明了變化的磁場可以產生電場。
對後來麥克斯韋統一電和磁產生了深遠的影響。
楊氏雙縫干涉實驗的原理和步驟，看起來確實很簡單。
一句話可以概括：
【讓光源通過兩個相鄰縫隙後，就會發生干涉，在光屏上形成明暗相間的條紋。】
但是涉及到具體的細節後，沒有認真學習的學生，恐怕會一頭霧水。
比如：
第一，用什麼樣的光源才能做雙縫干涉實驗？在托馬斯·楊那個時代如何獲取？
第二，兩個縫隙之間的距離，及單個縫隙的寬度如何確定？它們如何影響實驗結果？
等等。
所以，說線做淚。
托馬斯·楊是在19世紀初做的這個實驗，當時還沒有光源發生器。
於是，他在窗戶上開了一個小洞，讓太陽光照射進來，利用太陽光作為光源。
太陽光是白光，也就是非相干光。
雖然太陽光也能做雙縫干涉實驗，但是相干性太差，只能看到零級條紋。
所以，托馬斯又利用稜鏡，將太陽光分解，獲得單色光。
單色光的相干性，要遠遠優於太陽的白光。
接著，他讓單色光先通過一個小孔s1，進一步提高相干性。
然後，他又在一張非常薄的紙片上，開了兩個距離很近的針孔s2和s3。
通過s1的單色光，經過一段距離後，又分別通過s2和s3。
這樣，通過s2和s3的光，都是來自於s1孔這個同一單色光源。
於是，就會在s2和s3後面的黑板上發生干涉，形成明暗相間的條紋。
這就是當時托馬斯·楊的實驗過程。
真實歷史上，他也用白光做了實驗，效果不是非常好。
發展到現在，物理學家們把小孔改成了狹縫，獲得了更好的實驗效果。
再到未來，出現了激光器，光源的相干性大大提高。
而且得益於微納工藝的發展，物理學家可以製造出只有幾百納米寬的狹縫。
這個寬度基本就和可見光的波長一樣了，發生的干涉效應極其明顯。
楊氏雙縫干涉實驗的精度，得到了飛躍式的提高。
而現在，吳有訓要做的，就是重複這個實驗，得到干涉條紋。
他面前的實驗臺上，擺好了各種儀器，還有給定的狹縫。
他需要通過測量狹縫的尺寸，來計算出s1到s2和s3之間的距離。
同時還有s2、s3到光屏上的距離、狹縫之間的距離等等參數。
對於這個時代的學生而言，這可不是一項簡單的工程。
很快，吳有訓便專注地投入到實驗當中。
與此同時，伊蕾娜、蘭徹等人，也都開始了自己的實驗。
伊蕾娜選到了實驗二：卡文迪許扭矩實驗。
這個實驗的目的，是測量萬有引力常數g。
它是由英國物理學家卡文迪許在18世紀末進行的實驗。
沒錯，這個卡文迪許，就是創建劍橋大學卡文迪許實驗室的那位。
也算是李奇維、盧瑟福、威爾遜等人的祖師爺了。
這個實驗設計的非常巧妙。
簡單而言，就是先豎直固定一根絲線。
然後在絲線下方末端水平懸掛一根長杆，這樣就組成了一個扭秤。
在長杆的兩端，分別掛上一個鉛球A（質量已知）。
記錄此時的長杆位置。
接著，在兩個鉛球A的旁邊，再分別放上鉛球B。
由於A和B之間的萬有引力作用，長杆的角度會發生偏轉。
根據偏轉角度、鉛球質量等數據，就可以計算出萬有引力常數。
這個實驗也是看起來非常簡單。
但是實際操作時，難度非常高。
卡文迪許當時是做了大半年，才得到完美的數據。
因為有太多的誤差因素，會導致結果出現問題了。
鉛球之間的引力太小了，所以誤差的影響就很大。
如何有效地消除誤差，是這個實驗的關鍵。
儘管如此，伊蕾娜還是面帶微笑。
她覺得自己的運氣不錯，這個實驗在她看來，比另外三個簡單很多。
最重要的是，不會出現大的差錯。
蘭徹選到實驗四：法拉第電磁感應實驗。
這個實驗證明了變化的磁場可以產生電場。
對後來麥克斯韋統一電和磁產生了深遠的影響。