雙孔干涉在環境干擾下的量子分析

王宇迪

摘 要：Dirac曾預言過光子的自相干性性質。光子雖然具有波粒二象性，但是在具體的物理行為中光子只能表現出它的一種性質，即波動性或者粒子性。在雙孔干涉試驗中，如果我們在雙縫和干涉屏之間布置一種灰塵場；在干涉行為中光子表現出的是它的波動性，而光子為了散射為我們人眼所觀測到就必須要顯示出它的粒子性。由于波動性和粒子性兩種性質的互相排斥導致了波包坍縮，即退相干，退相干的特點是破壞舊的相干性，建立一種新的相干、而且是不可逆的。

關鍵詞：光子 雙孔干涉 波函數 量子分析

中圖分類號：TQ460 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（a）-0038-02

考慮一個在暗室操作的雙縫干涉實驗，選取氦氖激光器發出的光束為入射光，光束通過狹縫最后在光屏上得到干涉圖樣。選取兩個剛擦試過黑板的干燥的粉筆擦，然后我們在氦氖激光器與狹縫之間將粉筆擦微微互相碰撞，以將粉筆灰講彌漫在光源和狹縫之間，于是在側面我們會觀察到光亮的通路，我們知道這是由于大量（mol量級）光子散射進入我們眼中的結果，干涉屏上的圖案依然存在；當我們在狹縫和光屏之間做同樣的操作來想“窺探”干涉路徑時，遺憾的是觀察到的結果并不是理想中的干涉圖樣。該文正是基于以上物理實驗背景，用量子光學的方法來分析光子的行為。

1 光子的空間波函數

從氦氖激光器發出的激光光束方向性和相干性很好，而且具有很好的單色性。由于單色波具有線偏振性，可以把偏振光分為左旋偏振光和右旋偏振光，其中左旋偏振光的本征矢（即歸一化的瓊斯矢量）為，右旋偏振光的本征矢為[1]。

4 結論

光子通過狹縫在外界觀測干擾時，部分光子的波函數按照相應的概率坍縮到其本正態，其光路圖改變并不是原有干涉形式，然后在光屏通過散射為我們所觀測，沒有坍縮的光子以原有的波函數形式映射在光屏上形成干涉圖像。

參考文獻

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