第150章 98单光子干涉实验（2/2）

大意了，讲了一堆理论上的知识，结果自己这些这天都待在实验室里的同行们，可能压根儿没听懂。

他现在有些怀念起自己的前室友狄拉克来，如果那个不苟言笑的英国人也在这里的话，他一定能听明白陈慕武在说什么。

“有关这种概率是什么，一种最简单的解释就是，电子在空间中无处不在，在同一个时刻中，一个电子既可能在我这里，也可能在卡皮察先生那里。”

“陈，你这个说法实在是太荒谬了，”还没坐下去的卡皮察立刻提出来了不同的见解，“在某一时刻，电子的位置必须是固定的，你刚才举的那个例子，其实想要知道这个电子在哪里也很容易，只需要在整个空间全部都摆上盖革计数器，如果真的如你所说，整个空间里只有一枚电子的话，那么也就只能有一个盖革计数器能发出声响。”

卡皮察并不知道自己歪打正着，刚好提出来了波函数坍缩这件事情。

但卡皮察提出来了这个观测的问题，现在陈慕武觉得自己不能再按照原来的计划进行了。

他本打算继续谈谈当初爱因斯坦为了帮他想象中的光量子找一个波动性的理论，而提出来的那个已经被放弃了的“鬼场”。

可是他现在觉得，自己再讲些纯理论上的东西，而不给出具体的物理学图像的话，这些实验物理学家们很可能依旧听不懂。

好在陈慕武早就做了两手准备，他转身擦掉黑板上写着的三五行公式，反而是在上面画起图来。

显示屏、遮挡物、带着箭头的平行直线，当他在上面写下“光”这个单词之后，明眼人早就看出来，陈慕武在黑板上画了一个托马斯·杨的双缝干涉示意图。

“你提出来的这个问题，我想我可以用另外一个实验现象来回答。

“双缝干涉实验，是皇家学会会士托马斯·杨在十九世纪初做的一个著名的光学实验，正是这个实验，最终推翻了牛顿爵士提出来的光的微粒说，从此以后，人们开始相信，光同样是一种波。

“二十世纪初，爱因斯坦博士为了解释光电效应的实验现象，又重新提出了光量子这个概念，并最终被密立根教授的精确光电效应实验，以及去年年初的伽马射线散射实验所验证。

“现在让我们重新考虑这个实验，假如说，我们尽可能地调低光源的亮度，让这个光源每次只发射一颗光子，并确保在这颗光子穿过狭缝到达屏幕这个过程中，不会再有一颗新的光子发出。

“就这样一个光子一个光子地积累很长一段时间之后，我们再把屏幕上的感光底片拿去显影成像的话，那张照片上究竟会显示什么样的一种图样？还会不会仍然显示明暗相间的黑白干涉条纹？”

陈慕武在这里稍作停顿，给出众人足够长的思考时间。

场内的众人窸窸窣窣的讨论起来，最终他们勉强达成了一个统一的意见，那就是照相底片上，并不会产生干涉条纹。

“只是，非常遗憾的是，你们给出来的回答都答错了。

“在十五年前的1909年，如今的皇家学会会士杰弗里·泰勒，当时还只是我们三一学院的一位学生，正在当时卡文迪许实验室的主任，如今的三一学院院长汤姆孙爵士手下，做着一个有关光学的实验。

“当时，泰勒会士用一盏煤气灯作为光源，光源前面放了几块被煤烟熏黑的玻璃。

“他之所以这么做的原因，就是为了保证光在每经过一块玻璃之后，就会变得更加微弱，从而检验在微光的条件下，还会不会出现光的波动现象。

“这个实验足足持续了三个月，在最终洗出来的照相底片中，仍然得到了波动现象。

“虽然泰勒会士那次做的不是双缝干涉而是针尖衍射的实验，但我想，如果复刻这个实验，把里面的针尖换成是两条狭缝的话，同样也会出现对应的实验现象。”

“这……”

谁也没想到陈慕武竟然有备而来，为了一场卡皮察俱乐部上的讲座，他竟然都翻出来了十五年前的一篇学生论文。

许久之后，仍然是卡皮察站出来拆台：“陈，但是这个实验，也没办法保证像你说的那样，在同一时间里，空间中只存在一颗光子。”

“卡皮察先生，事实上，这件事情是能保证的。”

陈慕武说着话又转过身去，在黑板上画起了一个箱子的示意图。

“早在个实验出现的四年之前，爱因斯坦博士就已经提出来了光量子假说，但是泰勒会士在论文中并没有一处提到了光量子。

“但幸运的是，他给出了详细的实验数据，我们可以就粗略估算一下。

“据他的统计，每秒到达照相底片上的能量，为5x10焦耳。

“因为煤气灯发出来的光是淡蓝色，所以光的波长我们就近似取为500纳米。

“因为e=hν，经过计算就可以得出，每秒抵达照相底片上的光子数量，大概在一百万个左右。

“统计上来讲，也就是说每一百万分之一秒，有一个光子穿过层层阻碍，打到了这块照相底片上。

“用这个时间间隔乘以光的传播速度，就能得到一前一后两个光子之间的距离，应该是有三百米左右。

“而他整个实验暗箱的长度，也不过才不到两米，这也就是说，在统计上来看，在同一时刻中的整个实验空间里，只会有一颗光子的存在。”

陈慕武最后总结道：“只要能确保在同一时间整个实验空间里只存在一颗光子，就能光的干涉行为是光子相互作用的可能性。

“所以，干射条纹的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，干涉条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域。

“至于这个光子的到达可能性在物理学上的含义是什么，我想不出意外的话，它就是我所说的概率，进而也就说明了光波是一种概率波。

“如果把这个实验中的光子换成是一个电子源的话，我想也应该会出现同样的结果。

“所以我才会说，概率才是这个波动方程的真正含义。”

陈慕武在这段发言中其实有漏洞，他只是搞了个统计平均的说法，并没有言之凿凿地确认，在同一空间同一时刻里，只存在着单一的光子。

事实上，严格意义上的单光子干涉实验也好，单电子干涉实验也罢，都要等到单电子源和单光子源在二十世纪七十年代出现之后，才能被物理学家们在实验室里完全做出来。

在此之前，单粒子干射实验只能是一个存在于理想中思维实验。

而且这个思维实验，不仅仅能证明波函数是一种概率波，他还能在一定程度上得到不确定性原理。

不过陈慕武觉得，还是暂时先不把这个在原时空里让玻尔和爱因斯坦吵了几十年的东西拿出来。

他已经搞出来一个惊世骇俗的量子力学了，需要让物理学界先喘几口气，好好消化一下他最近的几篇论文。

坐在会场最后的赵忠尧问施汝为：“你听懂了吗？”

后者很坦诚地摇了摇头：“我只知道陈先生在讲座中提到的双缝干涉，也知道他提出来的光子，但是有关波动函数这件事，虽然那个奥本海默先生曾经提过几次，但我还没来得及深入了解。等结束以后，我们去把奥本海默先生的笔记给借过来好好研究一下，有什么不明白的地方，再去请教陈先生好了。”

场内其他人虽然了解过波动方程，同但他们样和赵、施两人一样，听了个懵懵懂懂。

不过有的人在心里已经起了别的心思，他们想着等回到实验室之后，是不是把陈慕武所说的单光子双缝干涉实验给做出来。

虽然留在观众席上的成员，仍然处在震惊和懵逼的叠加态，但陈慕武今天的讲座已经结束。

他擦干净身后的的黑板，又拍掉了身上的粉笔屑，打算收拾好桌子上的东西就离开。

现在不离开的话，等这些人反应过来，把自己彻底围住问问题的话，那时候再想跑也跑不了了！

就在这时，这个会议室的房门猛地一下子被推开。

陈慕武和在场的众人都是第一次见到，往日里那个沉着冷静的狄拉克如此失态。

而且他们也是第一次听到，从狄拉克嘴里一口气蹦出来了如此多的单词。

狄拉克沉默寡言，是众所周知的。

因为他平日里不苟言笑，和众人相处过程中说的话实在是太少，每次都只有寥寥几句。

所以在圣约翰学院、卡文迪许实验室和卡皮察俱乐部里，专门出现了一个以狄拉克姓氏命名的奇怪单位。

一狄拉克，等于一个人在一个小时之内说出一个单词。

而一卡皮察，大概等于几千甚至几万狄拉克。

陈慕武没想到自己刚才在讲座里还想着狄拉克，结果他的这位前室友就很及时地出现在了他的面前。

狄拉克径直来到陈慕武面前，快速喘了几口气，调整好呼吸之后，这才说道：“布朗太太说你已经搬离了她家，我打听到你在卡皮察俱乐部之后，就匆匆赶来了这里。

“陈，这个夏天我在家里一直看你之前的所有论文，我、我在其中发现了你的一个错误！”

(本章完)