Question

20世紀20年代，劍橋大學學生G·泰勒做了一個實驗。在一個密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底板，整個裝置如圖所示。小燈泡發出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經過三個月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現非常清晰的衍射條紋。泰勒對這照片的平均黑度進行測量，得出每秒到達底片的能量是5×10^-3 J。
(1)假如起作用的光波波長約為500 nm，計算從一個光子到來和下一光子到來所相隔的平均時間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；
(2)如果當時實驗用的箱子長1.2 m，根據(1)的計算結果，能否找到支持光是概率波的證據？

Answer 1

解：(1)對于λ=500 nm的光子能量為10^-19 J
因此每秒到達底片的光子數為×10⁶
如果光子是依次到達底片的，則光束中相鄰兩光子到達底片的時間間隔是
兩相鄰光子間平均距離為s=c△t=3.0×10⁸×8.0×10^-7 m=2.4×10² m
(2)由(1)的計算結果可知，兩光子間距有2.4×10² m，而箱子長只有1.2 m，所以在箱子里一般不可能有兩個光子同時在運動。這樣就排除了光的衍射行為是光子相互作用的可能性。因此，衍射圖形的出現是許多光子各自獨立行為積累的結果，在衍射條紋的亮區是光子到達可能性較大的區域，而暗區是光子到達可能性較小的區域。這個實驗支持了光波是概率波的觀點。