双孔干涉在环境干扰下的量子分析

王宇迪

摘 要：Dirac曾预言过光子的自相干性性质。光子虽然具有波粒二象性，但是在具体的物理行为中光子只能表现出它的一种性质，即波动性或者粒子性。在双孔干涉试验中，如果我们在双缝和干涉屏之间布置一种灰尘场；在干涉行为中光子表现出的是它的波动性，而光子为了散射为我们人眼所观测到就必须要显示出它的粒子性。由于波动性和粒子性两种性质的互相排斥导致了波包坍缩，即退相干，退相干的特点是破坏旧的相干性，建立一种新的相干、而且是不可逆的。

关键词：光子 双孔干涉 波函数 量子分析

中图分类号：TQ460 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0038-02

考虑一个在暗室操作的双缝干涉实验，选取氦氖激光器发出的光束为入射光，光束通过狭缝最后在光屏上得到干涉图样。选取两个刚擦试过黑板的干燥的粉笔擦，然后我们在氦氖激光器与狭缝之间将粉笔擦微微互相碰撞，以将粉笔灰讲弥漫在光源和狭缝之间，于是在侧面我们会观察到光亮的通路，我们知道这是由于大量（mol量级）光子散射进入我们眼中的结果，干涉屏上的图案依然存在；当我们在狭缝和光屏之间做同样的操作来想“窥探”干涉路径时，遗憾的是观察到的结果并不是理想中的干涉图样。该文正是基于以上物理实验背景，用量子光学的方法来分析光子的行为。

1 光子的空间波函数

从氦氖激光器发出的激光光束方向性和相干性很好，而且具有很好的单色性。由于单色波具有线偏振性，可以把偏振光分为左旋偏振光和右旋偏振光，其中左旋偏振光的本征矢（即归一化的琼斯矢量）为，右旋偏振光的本征矢为[1]。

4 结论

光子通过狭缝在外界观测干扰时，部分光子的波函数按照相应的概率坍缩到其本正态，其光路图改变并不是原有干涉形式，然后在光屏通过散射为我们所观测，没有坍缩的光子以原有的波函数形式映射在光屏上形成干涉图像。

参考文献

[1] 郭永康.光学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 姚志欣.双孔干涉的量子描述[J].物理学报，2007，56（6）：3185-3192.

[3] 曾谨言.量子力学教程[M].科学出版社，2000.

[4] 刘波.有限空间中经典场的正则量子化[J].物理学报2015，64（10）.

[5] 杨青，夏慧枝，陈凯.基于关联光子对的双缝量子成像实验[J].物理实验，2015（3）：37-39.endprint