杨氏双缝干涉实验 首先需要理解实验的经典设置。托马斯·杨在1801-1803年左右进行了这个实验，其核心目的是为光的波动说提供决定性证据。实验装置是：用一个单色点光源（杨最初用的是透过针孔的阳光）照射一块开有两条平行狭缝的不透明屏。这两条缝距离很近（通常为毫米或亚毫米量级），且宽度与光的波长相当。在双缝屏后面放置一个观察屏。根据几何光学，光应沿直线传播，在观察屏上形成两条亮斑。然而实际出现的，是一系列明暗相间的、等间距的平行条纹。 要解释条纹的产生，必须引入惠更斯原理和波的叠加概念。惠更斯原理认为，波前上的每一点都可视为新的球面子波源。当光通过两条狭缝时，每条缝都可看作一个新的柱面波源（因为缝很长，近似为线源）。这两列子波来自同一光源，因此是相干波——它们频率相同、振动方向相同且相位差恒定。这是产生稳定干涉图样的关键。 这两列相干光波在观察屏上任意一点P相遇并叠加。P点的光强取决于两列波到达该点时的相位差。相位差Δφ由它们到达P点的波程差ΔL决定，关系为Δφ = (2π/λ) * ΔL，其中λ是光波长。从双缝到P点的几何路径差可以通过近似计算：设双缝间距为d，缝到观察屏的距离为D（D >> d），P点到屏中心O的距离为x。则波程差ΔL ≈ (d/D) * x。 当波程差ΔL等于波长的整数倍时，两波同相叠加，光强最大，形成明条纹。即 ΔL = kλ，对应 x_ k = k (λD/d)，k = 0, ±1, ±2...（k称为干涉级次）。当波程差等于半波长的奇数倍时，两波反相抵消，光强最小，形成暗条纹。即 ΔL = (2k+1)λ/2，对应 x = (2k+1) (λD/2d)。条纹间距（相邻明纹或暗纹中心的距离）为 Δx = λD/d。这表明条纹间距与波长成正比，与双缝间距成反比。杨通过测量d, D和Δx，历史上第一次估算出了可见光的波长。 这个实验在物理学史上的意义极为深远。在19世纪初，它有力地支持了光的波动说，反驳了牛顿的微粒说。因为只有波动才能如此自然地解释这种稳定的干涉图样。它奠定了整个波动光学的基础。 到了20世纪，杨氏双缝实验被赋予了更根本的量子力学意义。当把光源强度降到极低，每次只发射一个光子（或电子、原子等物质粒子）通过实验装置时，在探测屏上最初会出现随机分布的点。但长时间累积后，这些点依然会形成明暗相间的干涉条纹。这意味着，单个粒子似乎同时通过了两条缝并与自身发生干涉。这直接揭示了微观粒子的波粒二象性，其行为必须用概率波（波函数）来描述。粒子通过双缝时，其概率波的幅度（波函数）通过两条路径，像经典波一样发生干涉，而粒子被探测到的概率分布则由干涉后的概率波强度的分布决定。 更进一步，如果我们在每条缝后放置探测器，试图确定粒子具体通过了哪条缝，那么一旦获得了“路径信息”，累积的干涉条纹就会消失，屏上只会出现两个单缝衍射图样的简单叠加。这体现了量子力学中“测量”对系统的扰动，以及互补性原理（粒子性与波动性无法同时被观测到）。因此，杨氏双缝实验从经典的光的波动性演示，演变为量子力学基本原理最直观、最深刻的实验思想载体之一。