关于单光子双缝实验操作及自干涉问题的技术问询
嘿,作为一个常泡物理论坛的家伙,我来给你把这几个问题掰扯清楚:
单光子双缝实验真的是用单个光子开展的吗?
没错,现在的实验技术完全能做到这一点。早期可能会用强光源衰减的方式来近似,但这种方法有概率让多个光子同时存在;现在的单光子源(比如量子点、参量下转换系统)能稳定地每次只发射一个光子,确保同一时刻只有一个光子在实验路径上。而探测端也用的是单光子探测器(比如光电倍增管、单光子雪崩二极管),能逐个记录每个光子的到达位置,完全符合“单个光子发射+测量”的要求。
除了LHC这类装置,是否总会存在某种干涉?
这可不一定。干涉的核心是量子叠加态的存在——也就是光子同时“走”两条缝的状态没有被破坏。如果我们通过某种方式(比如在其中一条缝旁边放探测器,用来标记光子走了哪条路)破坏了这种叠加,干涉条纹就会消失。
LHC这类装置玩的是高能粒子,但干涉的本质和光子实验是一样的。至于宏观物体,不是没有干涉,而是因为它们和环境的相互作用太强(也就是退相干),叠加态瞬间就被破坏了,我们根本观测不到干涉现象。所以不是“总会有干涉”,得看量子态的叠加性有没有被保留。
长时间间隔发射光子,理论上会发生“自干涉”吗?
必须会!量子力学里的干涉从来不是光子和其他光子之间的干涉,而是单个光子自己和自己的干涉——说白了就是光子的波函数同时通过两条缝,然后自己和自己叠加。哪怕你每n小时才发射一个光子,只要每次发射的光子处于相同的量子态,而且路径的叠加性没被破坏,那么当你积累足够多的光子后,屏幕上依然会出现清晰的干涉条纹。这个实验已经被重复过无数次了,完全验证了这个结论。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Ropstah




