我们在高中的时候曾经学过一个实验,名字叫做双缝实验,我们准备一个蜡烛,在蜡烛后面放置一块只有一条长缝隙的挡板,然后在后面放置一块有两条长缝隙的挡板,最后再放置一块黑色屏幕,屏幕上会产生明暗条纹。
这个实验是托马斯·杨所提出来的,他证实了光纤通过平行且距离很小的两个小孔,通过两小孔频率相同的光会发生互相影响投射出明暗相间的图案,第一个挡板的作用是让蜡烛发出的光先衍射,变成一束稳定的相干光源,这样可以排除干扰,能更清晰地观察到试验结果,第二块挡板的作用是让相干光变成同样的两列光源,这两列光源发生干涉,相位相同效果就加强,相位有差就抵消。
在这个实验中托马斯·杨提出了干涉这个名词,杨氏双缝实验也被称为光的干涉现象。
这个实验在当时造成了极大的轰动,最终导致托马斯·杨被学术界封*,转而研究历史,因为在当时,牛顿的微粒说占据了学术界主流,被科学家奉为圣经。
什么是微粒说呢?牛顿在法国数学家皮埃尔·伽森荻提出的物体是由大量坚硬粒子组成的基础上,根据光的直线传播规律、光的偏振现象,最终于 1675 年提出假设,认为光是从光源发出的一种物质微粒,在均匀媒质中以一定的速度传播。微粒说由此产生。
但是托马斯·杨的实验却证实了光的波动理论,光的波动说认为光是以波的形式在运动。微粒说和波动说在此后的数百年时间里一直在争论不休。
20世纪初,随着科学家对世界的研究从宏观到微观,德布罗意在 1924 年提出了“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象。
1927 年,C . J . 戴维孙和 L . H . 革末在观察镍单晶表面对能量为 100 电子伏的电子束进行散射时,发现了散射束强度随空间分布的不连续性,即晶体对电子的衍射现象。几乎与此同时,G . P. 汤姆孙和A.里德用能量为2万电子伏的电子束透过多晶薄膜做实验时,也观察到衍射图样。电子衍射的发现证实了 L. V . 德布罗意提出的电子具有波动性的设想,从而证实了一切物质都具有波粒二象性。