32、量子世界中的波函数与神奇实验

量子世界中的波函数与神奇实验

在量子世界里，波函数是理解微观粒子行为的关键概念。下面我们将深入探讨一些相关的实验和理论，揭示量子世界的奇妙之处。

双缝实验与电子的自我干涉

在经典物理光学中，双缝实验是一个广为人知的实验。在量子领域，双缝实验同样展现出了独特的现象。实验中，干涉图案由公式 (1 + \cos[k(l_1 - l_2)]) 描述，其中 (l_1) 和 (l_2) 是路径长度。当关闭其中一个狭缝时，两波之间的干涉图案消失，只能观察到另一个狭缝的衍射图案。

有人可能会怀疑电子 - 电子相互作用与这种现象有关，但实际上可以将电子束强度调得极低，使得在任何时刻几乎都只有一个电子存在。尽管这样实验需要持续很长时间，但当足够多的电子到达屏幕时，仍能得到与之前相同的结果。这表明干涉图案是单个电子的特性，电子波必须与自身发生干涉。而且，我们永远无法确定一个给定的电子通过了哪个狭缝，任何试图修改实验以确定电子轨迹的尝试都会破坏干涉现象。目前，双缝实验也在原子上进行。

玻姆 - 阿哈罗诺夫效应

1959 年，D. Bohm 和 Aharonov 提出了对双缝实验的一个惊人改进，即使用磁通管。磁通管是一个螺线管，它在电子无法进入的圆柱体内产生磁场，通过用超导薄膜覆盖螺线管等方式屏蔽磁场，使得管内有磁场而管外没有。

电子在无场区域运动，经典理论认为管内的磁场不会对干涉图案产生影响。然而，通过由路径 abdc 界定的表面存在磁通量，这会在沿路径 ab 的波函数和沿路径 cd 的波函数之间诱导出相位差，从而使屏幕上的干涉图案发生移动。

多伊奇的光子实验

D. Deutsch 等人进行了一系