双缝干涉实验最新解释

双缝干涉实验最新解释

有人把电子双缝干涉实验被称为十大经典物理实验之首，众多物理学爱好者都对其做出了不同的解释，但都没有得到公认。经过多年的探索，我们认为微观粒子的粒子模型及微观粒子与引力的作用是揭开电子双缝干涉实验之谜的正宗之法。本章全文约1.5万字，认为三两句话就能解释清楚的慎入。

（一）电子双缝干涉实验的神奇之处。1974年，科学家在实验中将电子一粒一粒的发射出来并让它通过双缝，当第一个电子到达屏幕以后过一段时间再发射第二个电子，经过足够长时间之后屏幕上依然出现了干涉条纹。波动理论认为电子双缝干涉条纹是电子间相互干涉的结果（即通过左缝的电子与同时通过右缝的电子间产生了干涉），如果是成对的电子同时通过双缝还好理解，但问题是电子发射源每次只发射一个电子屏幕上依然产生了干涉条纹。那么单一电子在跟谁干涉呢？它到底通过哪条缝呢？

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为了搞清楚单个电子到底是从哪条缝经过的、电子有没有同时通过双缝，科学家在双缝后加了一个观测仪器，实验成功地观测到电子通过了左缝、右缝、左缝、右缝……，并且实验中发现同一时刻电子只通过一条缝。但更神奇的事情发生了：不加装探测装置观测的时候，电子表现出波的特性（在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹），而一旦加装探测装置电子就表现出粒子性（在屏幕上形成两条亮纹）。为了排除光子对实验的影响，科学们又做出了一种既不影响电子、又能观测到电子的装置，这种观测仪器不发光、只接收光，但得到结果还是一样：不观测电子就表现出波动性、一旦观测电子就表现出粒子性。在经历多次实验以后，科学家们普遍认同了这一观点：一旦我们观测电子就表现为粒子性，如果我们不观测电子就表现出波动性，于是有人提出人类的意识会影响最终的实验结果。

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很多看书不认真的吃瓜群众对这个问题脑洞大开，任意发挥，认为一束光通过双缝后我们一旦对其观测形成的条纹也会发生变化，这实际上是对电子双缝实验的错误解读。实际上光通过双缝后形成的干涉条纹基本不受外界影响，比如我们可以把通过双缝的光用透镜汇聚到屏幕上依然能够形成干涉条纹，甚至在水中也能够做光的双缝干涉实验，充分说明光子通过双缝后即使受到外界影响也能够形成干涉条纹，这一点是和电子双缝干涉实验

完全不同的：电子通过双缝后只要受到扰动作用就会形成两条条纹（科学家认为两条条纹表现了粒子性，多条条纹则表现出波动性）。

(二)光线弯曲是引力作用造成的。通常情况下光总是沿着直线传播的，但是当光通过窄缝（或小孔）后会形成明暗相间的条纹（不连续的亮纹），人们把这种现象称为衍射现象。光的衍射现象是指光在传播过程中遇到障碍物或小孔时偏离直线传播路径而绕到障碍物后面传播的现象，简单地说就是光线拐弯了。

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上个世纪科学家就已经通过观测证实：从遥远星系发出的光经过太阳表面时会在引力作用下发生弯曲（引力透镜现象），说明光子确实会受到引力作用，太阳引力作用可以使光线偏离原来的运动轨迹；据此推理，既然引力作用可以使光线偏离原来的运动轨迹，由于窄缝两边是由物质实体组成的当然存在引力作用，所以光通过窄缝发生弯曲（偏转）这个观点至少在理论上是可行的。

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事实上我们在日常生活中也能够观测到光的衍射现象，常见的物体比如刀片、铅笔、手指缝等等，都能够观测到光照射这些物体而产生的衍射现象。所以研究缝引力使光线弯曲既有理论依据也有实验基础。

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光在连续变化的引力下并不会形成连续的亮纹。有人指出，如果认为光是一种微粒并且会在引力作用下会发生弯曲偏转，由于窄缝的引力并不是一成不变而是连续变化的（一般可以认为从缝中心到缝边缘处的引力连续增大），所以一束光通过窄缝时从缝的不同位置经过的光子偏转角度不同，总的来说一束光经过窄缝后的弯曲程度应该连续变化，这样光通过窄缝后就会形成一片连续亮区无论如何也不可能形成明暗相间的条纹。这说明简单的粒子模型不足以解释光的衍射现象，需要我们进一步探索光的本质。

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（三）微粒模型对直边衍射现象的分析。光的直边衍射是指光在传播方向上遇到不透明物体后在屏幕上形成特定衍射条纹的现象，直边衍射现象在我们日常生活中是非常普遍的。如上图中刀片的衍射就是直边衍射。一般情况下，不透明物体的引力会对其周围一定范围经过的光子产生影响，而不透明物体的引力影响范围通常在厘米的数量级上。

直边衍射条纹的光强分布规律。为便于分析，我们把一束平行光照射不透明物体后在屏幕上形成的投影分成几何阴影区域外和几何阴影区域内两个部分，物体边缘在屏幕上的投影为几何阴影分界线。仔细观察直边衍射在屏幕上的投影，可以发现直边衍射条纹光强分布有以下规律：一是在几何阴影区域内,光强迅速下降,但并不为零,仍有较弱的能量分布,距几何阴影一定距离后光强才逐渐减弱到零。二是几何阴影分界线处光强既不是最大,也不是最小，光的强度约为无直边衍射时的1/4。三是在几何阴影区外产生明暗相间的条纹,但明暗条纹仅限于离不透明物体边缘很近的范围内。也就是说在几何阴影区域外光强重新分布，产生振荡起伏,随着与几何阴影边缘距离的增大，条纹变密，振荡幅度逐渐减小；几何阴影区域外距几何阴影边缘较远时光强趋于均匀，保持不变，与无直边衍射屏时相似。

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上图是直边衍射现象光强分布示意图，图中左侧浅蓝色长方形区域为不透明物体的屏幕上的投影位置，在这个区域内黄色的曲线AB是光线发生弯曲后偏转到该区域内的形成的（如果光线不发生偏转则最多只能到达图中红线位置处）。图上右侧区域内BC曲线和由C到P的波动性曲线是光强在屏幕上的投影示意图。根据该图中光强分布的不同，我们把光经过不透明物体后形成的光强图案分成了三个部分：第一部分是光线偏转到不透明物体几何阴影区域内形成的连续曲线AB部分（即光线不偏转就不能够照射到的地方），其特点是随着离开几何分界线（不透明物体的边缘）距离的增大，光强从B到A迅速减小直到减小到零；第二部分是光线在几何阴影区域外（即光能够正常照射到的地方）形成的连续曲线BC部分，其特点是随着与不透明物体边缘距离的缩短光强从C到B迅速减小；第三部分是离开不透明物体边缘一定远处的C点到足够远处的P点，这部分光强分布呈现波动性变化，并且离不透明物体越近波动性越强、形成的条纹宽度也越大。Ｐ点再向外的地方光强没有波动，所以可以认为Ｐ点是不透明物体引力影响的最远地方。

光子与引力子作用的两种形式。引力子和光子作用有两种方式：一种是光子同时吸收了'最小吸收基数'倍的引力子，我们简单称之为'吸收'；另一种是光子没有吸收引力子，光子与引力子之间的作用可以看作碰撞，我们把这种情形称为'碰撞'。很显然，由于光子质量远远大于引力子的质量，单个引力子或小于'最小吸收基数'倍的引力子与光子作用后，仅仅会使光子发生微小程度的偏转，虽然单个引力子与光子碰撞仅仅会使光子发生微小偏转，但是大量引力子对光子的碰撞引起光子的偏转就十分可观了；而当光子吸收了'最小吸收基数'倍的引力子时将完全吸收引力子的冲量作用，并发生较大程度的偏转。以上这个二分法虽然简单粗暴，但却足以解释光的直边衍射现象的形成原因。这里我们假设光子最少能够同时吸收的引力子数量是10000个，也就是说光子能够同时吸收的引力子数量是1万个的整数倍，光子同时吸收的引力子数量可能是1万个、2万个、3万个、4万个、5万个、6万个……，n*1万个。也就是说同一时刻光子不可能吸收1个、2个、3个、4个……9999个引力子，因为光子吸收了1个、2个、3个、4个……9999个引力子形成的新光子是不稳定的，将在极短的时间内'裂变'重新放出1个、2个、3个、4个……9999个引力子。如果同一时刻光子吸收了1万个引力子，则光子就会形成新的、质量更大的、能够稳定存在的光子，由于光子完全吸收了这1万个引力子，必将完全吸收这1万个引力子对光子的冲量作用，则光子就会发生较大角度的偏转，

光子经过不透明物体后数量不会发生变化。因为光的本质是粒子，所以光子经过不透明物体后并不会因为相互干涉而消失，打个比方，8000个光子经过不透明物体投射在屏幕上还是8000个光子，并不会多一个也不会少一个。如果没有引力作用，则光子经过不透明物体后在几何阴影区域内光的强度为零（也就是说光子不可能到达这里），在几何阴影区域以外不同距离处光的强度应该是一致的。实际上由于光子经过不透明物体时受到其引力作用的影响，造成几何阴影区域以外光的强度是变化的，因为光子的总数是不变的，所以光的强度变化必然是有的区域增加而有的区域减少，并且某一区域减少部分的光强等于另一区域增加部分的光强。如果在几何阴影分界线向外一定距离处光的强度大于平均强

度，必然有某处的光强度小于平均强度，大于平均光强的区域是光子在引力作用下偏转到此区域堆积形成的，小于平均光强的区域是由于该区域光子在引力作用下偏转到其他区域造成该区域光子数量减小形成的。

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如上图所示，DE区域内的光子由于同时吸收了若干个引力子偏转到CD区域内，则DE区域内的光强必然减小而CD区域内的光强必然增大。由于距离几何阴影分界线越近引力就越强，所以越靠近几何阴影分界线的区域，光子同时吸收若干个引力子的几率也变大、发生偏转的可能性也大，造成此区域内光强的改变就越明显；而远离几何阴影分界线区域内引力较弱，此区域光子同时吸收若干个引力子的几率也较小发生偏转的可能性也较小，所以该区域内光强的改变就较不明显，当然了距离几何阴影分界线足够远处时光强的改变（光强的波动性）非常小就可以忽略不计了，此时光强等于平均光强。也就是说，离不透明物体边缘较远处的区域（如FG区域内）的光强改变必然小于离不透明物体边缘较

近处的区域（如DE区域内）的光强改变，比如CD区域内光的强度要大于EF区域内光的强度。

引力强度足够大将使光子产生连续偏转。接着分析，上图中BC区域由于最靠近不透明物体的边缘，在这个区域内光子受到的引力是最大的（相对于其他区域而言），从BC区域内经过的光子在引力作用下偏转到几何阴影区域内（即AB区域内），这就造成几何阴影区域内光的强度不为零的现象。由于BC区域内引力最强，所以光子受到的引力也最大，那么光子为什么没有形成不连续的亮条纹呢？这是因为当引力较大时，虽然吸收了10000个引力子的光子和吸收了20000个引力子的光子偏转角度不同，但是吸收了10000个引力子的光子同时还可能受到多个引力子的碰撞作用，这个碰撞作用使光子发生偏转，由于该区域内引力较大，所以光子与引力子的碰撞非常频繁，从该区域经过的光子受到不同数量的引力子碰撞，就会导致光子的偏转角度是不同的；由于该区域引力强度较大（引力子密度较大），一束光子经过该区域时光子可能受到数量连续变化的引力子的碰撞，由此造成光子的偏转角度是连续变化的，最终光子投射在屏幕上几何阴影区域内的光强就是连续变化的。也就是说，当引力强度足够大时，引力子与光子的碰撞作用足够频繁，将造成从此处经过的光子发生连续偏转。根据这一推论，我们初步解决了直边衍射现象中AB段和BC段光强变化的原因。

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有人会提出疑问，我们这个推论管用吗？实际上在单缝衍射现象中这个推论同样适用。上图是单缝衍射现象形成的图案，从图中可以看出，当单缝缝宽足够小时（通常指缝宽在毫米数量级上）光经过单缝就会发生较明显的衍射现象，而当缝宽继续缩小到一定程度时（如缝宽小于0.01毫米），屏幕上中央亮纹就会向两边无限延伸，也就是说，当缝宽足够小时（缝的引力足够强）光在缝的引力作用下是连续偏转的，这一点与直边衍射现象是相同的。在不同实验中出现了同样的规律，充分表明我们推论的正确性。

不透明物体引力区域变化规律。为研究方便，我们画出直边衍射物体产生衍射现象的光强示意图，图中黑色曲线是光通过直边后的强度分布图。

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我们知道，不透明物体会在其周围空间产生引力场，而这个引力场是有一定作用范围的，我们把这个区域范围用一个渐变色填充的长方形来表示，长方形区域的上端颜色非常浅表示引力较弱、长方形区域的下端颜色较深表示引力较强。因为引力作用遵循平方反比定律，所以不透明物体引力影响区域内由上到下引力迅速增大。因为P点处光强波动趋近于零，所以我们可以认为不透明物体引力作用最远影响区域为P点，从P点到不透明物体边缘处引力连续变化并且逐渐增大。

由于光子不能吸收单个的引力子而只能同时吸收10000个、20000个、30000个……引力子，根据光子在每个小区域内吸收引力子最大数量的不同，可以把不透明物体引力影

响区域划分成若干个小区域。在离不透明物体最远的区域，光子从该区域经过时可能遇到的引力子数量从1到9999连续变化，这也决定了从该区域经过的光子不可能吸收引力子；再靠近不透明物体的地方，光子从该区域经过时可能遇到的引力子数量从10001到19999连续变化；再靠近不透明物体的地方，光子从该区域经过时可能遇到的引力子数量从20001到29999连续变化……，这样引力连续变化的区域可以分成若干个小区域，光子在每个小区域内吸收引力子的最大数量是一定的。

图中12长方形区域（浅黄色区域）以上的部分因为离不透明物体边缘较远，所以从12长方形区域上方经过的光子不能够吸收10000个引力子（因为此区域内引力场强度不够大达不到光子不同时吸收10000个引力子的条件），因而也不会发生较大角度的偏转，从此处经过的光子在微弱引力作用下只会发生极不明显的向下方的微小偏转。

图中12长方形区域内（浅黄色区域）引力也是从上到下迅速增大，假设这部长的长度为5，设从这个长方形区域的上边缘处经过的光子恰好能够同时吸收的引力子最大数量是10000个，而从这个区域下边缘处经过的光子恰好能够同时吸收19999个引力子，则从12长方形区域内经过的光子就有可能最多吸收10000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，也就是说由于引力强度（引力子密度）的原因，从这一区域经过的光子最多只能吸收10000个引力子并发生一定的偏转。从这一区域向下的23长方形区域内引力增大，从该区域内经过的光子可能吸收的引力子数量范围为20000个至29999个之间，则从这一区域经过的光子最多能吸收20000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，可见从这一区域经过的光子最大偏转角度较12区域大。因为引力作用遵循平反反比定律，所以越靠近不透明物体引力强度增加越快，很显然12长方形区域长度大于23长方形区域长度，假设23长方形这一区域长度为3。

同样的道理，34长方形区域内引力比23长方形区域内引力强度大，从这个区域经过

的光子有可能吸收的引力子数量范围为30000个至39999个之间，则从这一区域经过的光子最多能吸收30000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，34长方形区域的长度比23长方形区域长度更短，假设其长度为2。

45长方形区域内引力比34长方形区域内的引力更强，从这个区域经过的光子有可能吸收的引力子数量范围为40000个至49999个之间，则从这一区域经过的光子最多能吸收40000个引力子并分别放出1个、2个、3个……9999个引力子，45长方形区域的长度比34长方形区域长度更短，假设其长度为1。

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可见，离不透明物体边缘越远的区域内引力强度变化越不明显，离不透明物体边缘越近的区域内引力强度变化越明显。

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有人指出，根据我们以上的分析，由于光子吸收10000个引力子的12区域宽度，大于吸收20000个引力子的23区域宽度，大于吸收30000个引力子的34区域宽度……，这样光子分别吸收了10000个、20000个、30000个引力子……后投射在屏幕上形成的条纹宽度也应该不同，即有：离不透明物体越远处形成的光强波动其宽度应该越宽，离不透明物体越近处形成的光强波动其宽度应该越窄，这和实验结果完全相反：直边衍射形成的光强随着与几何阴影边缘距离的增大，条纹变密，振荡幅度逐渐减小。

不透明物体周围条纹宽窄不同的原因。我们知道经过12长方形区域内的光子可能吸收10000个引力子而发生偏转，经过23长方形区域内的光子可能吸收20000个引力子

而发生偏转（经过这一区域的光子也可能吸收10000个引力子发生偏转，还可能没有吸收引力子），因为12长方形区域宽度大于23长方形区域，由此吸收了10000个引力子的光子投射在屏幕上形成的条纹宽度就应该大于吸收了20000个引力子的光子投射在屏幕上形成的条纹宽度。实际上这种分析仅仅考虑了光子同时吸收若干个引力子后偏转的情况（也就是只考虑了光子与引力子作用中的'吸收'这一种情况），并没有考虑光子与引力子之间的'碰撞'对光子的影响。

在图中12长方形区域内，虽然这个区域宽度最大，但是因为这个区域引力合力非常弱，所以光子同时吸收10000个引力子的几率也是最小的，可能只有从12长方形区域下底部极小的区域内经过的光子才有机会能够同时吸收10000个引力子发生偏转，所以经过12长方形区域光强改变量也较小；同时因为该区域内引力较弱，并且在此区域内从上到下引力迅速增大，所以经过此区域同时吸收了10000个引力子的光子偏转程度也是不同的：从区域上方经过同时吸收了10000个引力子的光子偏转程度小，从区域下方经过同时吸收了10000个引力子的的光子偏转程度大，造成投射在屏幕上的条纹宽度实际上是大于12长方形区域宽度的，投射条纹宽度的增加是引力子与光子'碰撞'作用形成的。

再往下一些的23区域引力合力更大，由于引力合力变大（相当于引力子密度变大），在此区域内的光子同时吸收一定数量的引力子的几率也增大，所以光强改变也变大；同时光子吸收了若干个引力子后也有更多机会与引力子碰撞并发生较明显偏转，引力子与光子'碰撞'作用造成条纹拉宽更加明显，所以光子经过23区域后的光强改变量较大、偏转程度也较大，由此形成的条纹宽度也更宽。同样的道理，光子经过34区域后的光强改变量更大、偏转程度也更大……。在靠近不透明物体区域内的引力合力足够大，此处光强改变量也最大，光子将发生连续偏转。

（四）粒子模型对单缝衍射现象的解释。

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单缝衍射条纹的特点。光通过单缝后形成的衍射条纹有如下特点：一是衍射条纹是明暗相间分布的，位于中央的亮条纹宽度最大，约为其它亮条纹宽度的两倍，并且中央亮条纹两侧的亮条纹是对称分布的。

二是不同衍射条纹亮度不同。一般来说，中央亮条纹的亮度最大，中央亮条纹两侧条纹的亮度随着条纹离开中央亮条纹距离的增加而迅速减小。一般有中央亮条纹的亮度＞第一条亮条纹的亮度＞第二条亮条纹的亮度＞第三条亮条纹的亮度＞……＞第N条亮条纹的亮度。

三是缝越窄衍射条纹越向两边伸展，其亮度分布也越均匀，缝越宽中央亮条纹两侧的亮条纹亮度越小，当缝足够宽时光基本上沿着直线传播；当缝足够窄时中央亮纹就会向两边延伸，中央亮纹两侧的其它亮条纹就会消失。

四是不同频率的光子通过同一条单缝后形成的亮条纹宽度不同，光子能量（质量或频率）越大亮条纹宽度越窄，光子能量（质量或频率）越小亮条纹宽度越宽。例如通过同一

单缝后，红光的衍射条纹宽度就大于紫光的衍射条纹宽度。

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中央亮纹的形成。如图，当一束激光经过宽度为a的窄缝时将受到缝的引力作用，为简便起见我们把窄缝引力影响区域简化为1265矩形区域。我们把窄缝引力影响区域平均分成合力向上区域和合力向下区域两个部分，窄缝中3421区域引力合力向上、并且越靠近窄缝上底部引力就越大；3465区域引力合力向下、并且越靠近窄缝下底部引力就越大；窄缝中心线（34线）处的引力合力为零。当一束激光发出的光子经过窄缝时，大部分光子可能都没有机会吸收'最小吸收基数'整数倍的引力子而发生较大角度偏转，这些光子虽然没有吸收足够多的引力子但仍然会受到若干个引力子极小的冲量作用，在这个冲量作用下，从引力合力向上区域（3421区域）经过的光子会以一个较小的角度向上偏转，投射到屏幕上形成中央亮纹的上半部分（efhg亮区）；从引力合力向下区域（3465区域）经过的光子会以一个微小的角度向下偏转，投射到屏幕上形成中央亮纹的下半部分（ghji亮区），这样所有经过窄缝引力影响区域而没有吸收'最小吸收基数'整数倍引力子的光子最终投射在屏幕上形成中央亮纹（efji亮区）。可见，屏幕上中央亮纹是经过窄缝后没有吸收引力子的光子的集合。由于经过窄缝后没有吸收'最小吸收基数'倍引力子的光子往往占

绝大多数，这些光子经过窄缝后会投射到屏幕上形成中央亮纹，所以中央亮纹的亮度是最大的。

根据以上分析，可以得出两个结论：一是窄缝与屏幕的距离越大则中央亮纹越宽。这是因为经过窄缝后绝大部分光子都会频繁地与引力子碰撞，在引力作用下或多或少会发生微小的偏转，而光子离开单缝引力影响区域后的偏转角度是一定的，所以窄缝与屏幕的距离越大则中央亮纹越宽。二是缝宽越小则中央亮纹越宽。这是因为缝宽越小则缝的绝大部分区域引力合力就越强，光子经过窄缝时与引力子作用的就越频繁，因而其偏转角度也越大，从而在屏幕上形成更宽的条纹。

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其它亮纹的形成。因为中央亮纹两侧的亮纹是对称分布的，所以我们只需要集中精力讨论任意一半就可以了，这里我们讨论中央亮纹以下各亮纹的形成。很显然，中央亮纹以下第一亮纹是由经过单缝下半部分区域（3465区域）并且同时吸收了'最小吸收基数'个引

力子的光子偏转投射在屏幕上形成的。假设经过窄缝的光子质量为100，而引力子的质量为0.0001，由于质量为100的光子只有同时吸收至少10000个引力子才可能形成新的、能够稳定存在的质量为101的新光子，并且由于新光子完全吸收了10000个引力子向下的冲量因而向下偏转的角度较大，这个新光子会投射在屏幕上中央亮纹以下第一条亮纹区域内。若干个经过3465区域并且吸收了10000个引力子光子偏转投射在屏幕上就形成第一条亮纹。

同样，质量为100的光子还可能同时吸收20000个、30000个……n＊10000个引力子。光子吸收了20000个引力子则会投射在屏幕上形成第二条亮纹、吸收了30000个引力子则会形成第三条亮纹……屏幕上的第n条亮纹也是这样形成的。于是有：中央亮纹处的光子质量＜第一亮纹处的光子质量＜第二亮纹处的光子质量……＜第n亮纹处的光子质量，同一亮纹处的光子质量相同、不同亮纹处的光子质量不同，光子在屏幕上的不同位置是由光子质量决定的而不是几率决定的。也就是说，光子经过单缝后会在缝的引力作用下改变质量（能量或者频率）。有人立即指出光子经过单缝后会在缝的引力作用下改变质量（能量或者频率）是不可能的，纯属胡说八道，因为没有谁见过光经过单缝后会改变颜色（频率、能量），实际上引力红移现象已经证实光在引力作用下会改变能量，据此推理，光在单缝作用下改变质量（能量或者频率）在理论上完全行的通，只不过这个改变非常微小目前我们还没有发现罢了。

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因为在3465引力影响区域内从上到下引力合力迅速增大，理论上讲越靠近区域底部光子就越有可能吸收更多的引力子，所以经过窄缝底部区域的光子可能吸收的引力子数量是最多的，其可能吸收引力子的数目可能是10000个，也可能是20000个、30000个……甚至是N×10000个，这样经过3465引力影响区域的光子就有可能投射在屏幕上就形成第二条、第三条……甚至是第N条亮纹。

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衍射条纹亮度的变化规律。我们知道，窄缝从缝中心到缝底部的引力是迅速增强的，

为了描述清楚我们画出了放大的单缝引力作用示意草图（图画得丑了点）。按照光子经过时同时最多吸收引力子数量的不同，我们可以把单缝3465区域分成了6个小区域（事实上该区域可以划出多个小区域，太多了在图上不好画），这6个区域从上到下引力迅速增强。从缝中心开始向下是第1区域，这个区域宽度最大（原因大家可以自己分析），从该区域经过的光子最多只可能同时吸收10000个引力子，故经过该区域的光子最多只能偏转以第一条亮纹所在位置，不可能偏转到第二条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹的形成作出贡献；

同样的道理，随着缝引力的增强，第2区域的宽度小于第1区域，经过第2区域的光子最多只可能同时吸收20000个引力子，故经过该区域的光子可以偏转到第一条亮纹所在位置，最多只能偏转以第二条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹、第二条亮纹的形成作出贡献；

第3区域的宽度小于第2区域，经过第3区域的光子最多只可能同时吸收30000个引力子，故经过该区域的光子可以偏转到第一条亮纹所在位置，也可以偏转到第二条亮纹所在位置，最多只能偏转以第三条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹、第二条亮纹、第三条亮纹的形成作出贡献；

第4区域的宽度小于第3区域，经过第4区域的光子最多只可能同时吸收40000个引力子，故经过该区域的光子可以偏转到第一条亮纹所在位置，也可以偏转到第二条亮纹所在位置、还可以偏转到第三条亮纹所在位置，最多只能偏转以第四条亮纹所在位置，即只能对第一条亮纹、第二条亮纹、第三条亮纹、第四条亮纹的形成作出贡献；

………………………

由于经过单缝下半部分（3465区域）6个区域的光子都可能对第一条亮纹的形成作出贡献，但是对第二条亮纹、第三条亮纹……第n条亮纹作出贡献的区域逐渐减少，所以在衍射现象中，各条纹的亮度有这样的规律：

中央亮纹的亮度>第一条亮纹的亮度>第二条亮纹的亮度>第三条亮纹的亮度>……>第n条亮纹的亮度。

明白了以上道理，我们对于衍射现象的第三个特点（单缝越窄衍射条纹越向两边伸展，其亮度分布也越均匀，单缝越宽中央亮纹两侧的条纹亮度越小）也就更好理解了：单缝越窄，窄缝中心到窄缝下底部这一区域的引力就越强、引力子空间密度就越大，从缝中心向下极小位移处经过的光子就有更大可能吸收20000个、30000个甚至更多的引力子从而对第二条、第三条……甚至第N条亮纹的形成都做出贡献；单缝越宽，窄缝中心到窄缝下底部这一区域的引力就越弱、引力子空间密度就越小，从缝中心向下极小位移处经过的光子就更没有可能吸收20000个、30000个甚至更多的引力子从而更不可能对第二条、第三条……甚至第N条亮纹的形成做出贡献。

不同颜色（质量）光的衍射条纹宽度不同。根据我们的假设，光子不能吸收1个引力子但却可以同时吸收若干个引力子，设光子A的质量为M1、光子B的质量为M2，假设它们都吸收了10000个引力子，这些引力子的质量为m，则这两种光子都获得了相同的向下的冲量，此时光子A的质量变为M1＋m，光子B的质量变为M2＋m，则这两种光子的偏移量之比为（M2+m）:（M1+m）。考虑到引力子的质量m远远小于光子的质量，则AB两种光子的偏移量之比可近似为M2:M1，即有衍射条纹的宽度与光子的质量成反比的结论，也就是说：衍射条纹的宽度近似与光子的质量（能量）成反比，质量越大的光子偏转量越小。在吸收了相同数目的引力子后，光子受到引力子向下的冲量也相同，在相同的冲量作用下，当然是质量（能量）大的光子偏转角度小、投入在屏幕上形成的亮纹宽

度也小。当然了，这个结论成立的前提条件是光子的质量远远大于引力子的质量，并且光子的质量越大应用这一结论就越准确，而光子的质量越小这一结论就越不准确。这就是说，不同质量（能量）的两种光子的位移量近似与它们的质量成反比，质量越大的光子位移量越小，质量越小的光子位移量越大。这一点与实验事实完全符合，如红光的衍射条纹宽度大于紫光的衍射条纹宽度。

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衍射现象的产生与缝的宽度无关。根据以上的推理，我们可以得出这样的结论：只要光经过单缝就会发生衍射现象，衍射现象的发生与缝的宽度无关：缝很宽时发生直边衍射现象；缝较宽时由于光子偏转后仍然落在中央亮条纹位置，所以此时虽然产生了衍射现象但并不容易被我们观测到；当缝足够窄时将产生明显的单缝衍射现象。而产生明显单缝衍射现象的条件是缝宽小于光子的最小偏转量，因为如果缝宽大于光子的最小偏转量，则光子在引力作用下偏转后仍然将落在中央亮纹区域，此时屏幕上并不会产生中央亮纹以外的

其他条纹。

（五）光的粒子模型对双缝干涉现象的解释。1801年，英国物理学家托马斯·杨做了如下实验：把一支蜡烛（光源）放在一张开了一条窄缝的纸前面，这样就形成了一个点光源（相干光源），在纸后面再放一张纸，纸上开两道平行的窄缝。从窄缝中射出的光穿过两条窄缝投射到屏幕上，就会形成一系列明暗交替的条纹，托马斯·杨称之为干涉条纹，他认为这是通过两条窄缝的光子相互干涉形成的，后来人们把这个实验叫做杨氏双缝干涉实验。

双缝干涉条纹的特点。光的双缝干涉条纹是一组平行等间距的明暗相间的直条纹。中央为零级明纹，各条纹左右对称、明暗相间、均匀排列，中间部分各条纹的亮度是基本相同的；如果用白光作实验,则除了中央亮纹仍是白色的外,其余各级条纹形成从中央向外由紫到红排列的彩色条纹；对于同一条双缝，入射光波长越长屏幕上形成的条纹就越宽。

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双缝干涉条纹的变化规律

1. 双缝间距d改变：当双缝间距d增大时，零级明纹中心位置不变，条纹变密；当双缝间距d减小时，零级明纹中心位置不变，条纹变稀疏。

2. 双缝与屏幕间距D改变：当双缝与屏幕间距D减小时，条纹宽度减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密；当D 增大时，条纹宽度增大，条纹变稀疏。

3. 光源S位置变化：S下移时，零级明纹上移，干涉条纹整体向上平移，条纹间距不变；S上移时，零级明纹下移，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。

4.入射光波长改变：入射光波长增大时条纹宽度增大，条纹变疏；入射光波长减小时，条纹宽度减小，条纹变密。

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光的微粒模型认为光的干涉衍射现象是光在引力作用下的结果，一般情况下我们并不会考虑制成单缝物体的材质，不论我们用纸片还是铁片或者是玻璃片，只要我们在材质上划出一条缝，就会形成明暗相间的衍射条纹。下上图是在一个不透明塑料片上划出的一条缝，当我们用激光照射这条缝，就会在屏幕上形成明暗相间的衍射条纹，通常情况下屏幕上形成的衍射条纹的明亮分布与缝的宽度有关。

制成单缝材料的材质不同对衍射现象的影响。有人指出，既然衍射现象是光在引力作用下发生偏转形成的，那么显然制成缝的材质不同会在一定程度上影响光子的运动、进而影响形成的衍射条纹。比如，对于用纸片和铁片制成的同样宽度（比如这个宽度是0.1毫米）的单缝来讲，因为铁的密度大于纸的密度，所以在相同的缝宽下铁片制成的单缝其引力作用要强于纸片制成的单缝，那么同样的缝宽下两者形成的衍射条纹也应该不同：因为铁片的密度大引力更强，所以在相同缝宽的情况下光通过铁片制成的单缝后形成的亮条纹应该更宽；由于纸片密度较小引力作用也相对较小，所以在相同缝宽的情况下光通过纸片制成的单缝后形成的亮条纹应该更窄。

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如上图所示，我们用同样形成的纸片和铁片分别制成相同宽度的单缝，用激光分别照射在这两条单缝上都会在屏幕上形成衍射条纹。因为制成单缝的材质不同，纸片的密度相对较小而铁片的密度相对较大，如果认为光的单缝衍射现象是由引力作用引起的，则铁片制成单缝的绝大部分区域引力合力作用大于纸片制成单缝的引力合力作用，这样在更强的引力作用下光子的偏转程度也应该更大，光子通过铁片制成的单缝后就会在屏幕上形成更宽的亮条纹，由此光的衍射现象不仅仅与缝的宽度有关还与制成缝材料的密度有关：制成缝材料密度越大衍射现象越明显、制成缝材料密度越小衍射现象越不明显。但事实并非如此。根据直边衍射现象的形成原因，我们知道物体（不透明物体）的引力作用会对其周围一定范围内经过的光子产生影响，而任一物体引力作用都有一个影响范围，一般我们认为物体引力的影响范围在厘米的数量级上。对上图中纸片制成的单缝而言，纸片虽然很薄、密度较小，但是它的引力同样有一定的影响范围，我们可以用两根竖直的红线标出对纸片单缝有影响作用的区域；同样，对图中铁片制成的单缝而言，铁片虽然密度较在，但是它

的引力同样有一定的影响范围，我们可以用两根竖直的红线标出对铁片单缝有影响作用的区域。从图中可见，纸片虽然密度较小，但是在密度较小的纸片中任一点的引力作用影响范围更大，在竖直的红线到单缝边缘区域内纸片引力叠加在单缝处并对由此经过的光子产生影响；铁片虽然密度较大，但是在密度较大的铁片中任一点的引力作用影响范围较小，在竖直的红线到单缝边缘区域内铁片引力叠加在单缝处并对由此经过的光子产生影响。总起来讲，用纸片和铁片制成的同样宽度的单缝形成的衍射条纹几乎是一样的。

双缝中的两条缝会相互影响。如图，在一张不透明的塑料片上划出一条缝就形成了单缝，我们在离单缝很近的地方（小于1毫米）再划出一条缝，就形成了双缝，光经过双缝后就会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。双缝中的两条缝靠得越近则屏幕上形成的干涉条纹就越宽；两条缝离得越远则屏幕上形成的干涉条纹就越窄；当两条缝离得足够远时（如大于5厘米）它们将分别形成中间宽、两边窄的衍射条纹。这个实验充分表明两条缝的引力可以叠加、会相互影响。

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上图中，当两条缝的距离足够近时，光子经过双缝时就会形成明暗相间的干涉条纹。

同样，我们可以在双缝的基础上再划出一条缝形成3缝、4缝、5缝、6缝、7缝……n缝，划出的缝越多则形成的条纹越细越明亮。

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如上图所示，从左缝左边缘到制成缝的材料的左边缘的物质引力叠加在一起，其影响区域为图中引力影响区域A标示的部分（即从左缝左边缘到右边黄色竖直线位置部分）；从右缝右边缘到制成缝的材料的右边缘的物质引力叠加在一起，其影响区域为图中引力影响区域B标示的部分（即从右缝右边缘到左边黄色竖直线位置部分）。也就是说，左缝正处于组成右缝右边物质的引力影响区域内，同样，右缝正处于组成左缝左边物质的引力影响区域内，两条缝的引力影响区域相互重叠造成了光通过双缝后形成干涉现象。

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如上图上半部分所示，当两条缝距离足够近时它们的引力影响区域互相重叠，此时两条缝会相互影响光通过后会形成干涉条纹。图中下半部分两条缝的距离足够远，左缝位于右缝引力影响区域以外、右缝位于左缝引力影响区域以外，此时的两条缝可以看作是独立存在的两条单缝，光通过每一条缝后都将在屏幕上形成单缝衍射条纹。通过反复调整两条缝之间的距离，两条缝之间的距离从小于1毫米逐渐增大时，当屏幕上形成的图案从宽度

几乎相等的干涉条纹到恰好出现两条较宽的衍射条纹时，我们认为此时两条缝相互之间不再影响，我们把这个距离的一半称为单缝引力作用的影响距离。

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如上图所示，我们把两条缝的引力影响区域刚好重叠的区域（图中引力影响区域A或引力影响区域B）的宽度称之为某种材料形成的单缝的引力影响区域。那么怎样判断两条缝的引力影响区域恰好重叠呢？上面我们讲过，当两条缝足够近时（两条缝之间的距离小于1毫米），光经过两条缝会在屏幕上形成干涉条纹（宽度几乎相等的明条纹），当两条缝的距离逐渐变远时，某一时刻屏幕上恰好出现两条较宽的明条纹、其他明条纹的宽度约为较宽明条纹宽度的一半时，两条缝距离的一半正好是每条缝的引力影响区域。

干涉条纹形成的原因。从光源发出的光经过单缝后投射到双缝上最终会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹，直接用激光束照射双缝也会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。设两条缝间距为d，双缝到屏幕的距离为D，屏幕中心位置为O，则在O点处会出现中央明条纹。

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为了更清楚地研究双缝对光的影响，我们把双缝放大，图中左侧从上到下构成双缝的分别是物质实体A、上缝（1265区域）、双缝中间物质实体O、下缝（abfe区域）和物质实体B，简单来说就是3个物质实体夹着两条窄缝并形成两个可透光的引力场。一般情况下我们认为物质实体A、双缝中间物质实体O和物质实体B都是不透光的，光子不能通过物质实体A、中间物质实体O和物质实体B，光子只能通过双缝中的上缝1265区域和下缝abfe区域投射在屏幕上。

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如图，对于上缝所在1265区域来说，如果没有下缝物质实体B的影响，则上缝1265区域可平均分成合力向上的部分（1243区域）和合力向下的部分（3465区域），这两个区域大小一致，中间34线处引力合力为零。有了物质实体B的影响情况就不同了，因为上缝（1265区域）在物质实体B的引力影响区域内，所以物质实体B的存在相当于增大了中间物质实体O的引力场，并且物质实体B越靠近上缝对中间物质实体O引力的加成作用越大。既然中间物质实体O的引力增大，那么上缝1265区域中引力合力向下的部分必然增大（也就是3465区域相应增大），引力合力为零的34中线必然就要相应地向上移动，引力合力向上的区域（1243区域）必然减小。显然，物质实体B越靠近上缝，上缝引力合力为零的34中线就向上移动的越多，导致上缝引力合力向下的3465区域就越大、引力合力向上部分1243区域就越小。两缝距离越近这个影响就越大，两缝距离越远这个影响就越小。如果两缝相距足够远，那么每一条缝都可以看作单缝，此时激光束照射在这两条缝上将产生衍射条纹。

对于下缝abfe区域同样如此，因为下缝在物质实体A的引力影响区域内，由于上缝处物质实体A的影响，下缝区域引力合力向上的部分（abdc区域）增大、引力合力向下的部分（cdfe区域）减小，并且两缝距离越近影响就越大。双缝距离越近则下缝区域引力合力向上的部分就越大，投射在屏幕上的条纹宽度也相应增大; 双缝距离越远则下缝区域引力合力向上的部分就越小，投射在屏幕上的条纹宽度也相应减小。所以双缝间距减小时干涉条纹间距变大、双缝间距增大时干涉条纹间距变小。

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如图，对于上缝来说其引力可分为向上部分（1243区域）和向下部分（3465区域），其中引力向下部分（3465区域）对中央亮纹、中央亮纹以下的第一条亮纹和中央亮纹以下的第二条亮纹的形成做出了贡献（也有可能对中央亮纹以下的第三条、第四条或者更多亮纹做出贡献）；引力向上部分（1243区域）仅对中央亮纹以上的第三条亮纹的形成做出了贡献（也有可能对中央亮纹以上的第四条、第五条或者更多亮纹做出贡献）。同样，对于下缝来说其引力也可分为向上部分（abdc区域）和向下部分（cdfe区域），其中引

力向上部分（abdc区域）对中央亮纹、中央亮纹以上的第一条亮纹和中央亮纹以上的第二条亮纹的形成做出了贡献；引力向下部分（cdfe区域）仅对中央亮纹以下的第三条亮纹的形成做出了贡献。

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双缝干涉条纹中间有奇数个条纹较宽。双缝干涉条纹还有一个特点需要我们注意，因为构成双缝的物质实体对缝的引力场有叠加作用，造成上下缝的引力场向上和向下的部分不同，总是靠近中间物质物体O的引力区域变大。对于上缝来说，就是引力合力向下的3465区域大于引力合力向上的1243区域；对于下缝来说，就是引力合力向上的abdc区域大于引力合力向上的cdfe区域。既然引力叠加作用造成了每条缝的合力向上部分和合力向下部分并不是平均的，由此造成的干涉条纹宽度也是不同的。对于上缝来说，经过3465区域的光形成的亮纹宽度要大于经过1243区域的光形成的亮纹宽度；对于下缝来说，经过abdc区域的光形成的亮纹宽度要大于经过cdfe区域的光形成的亮纹宽度。由于

各条纹在中央亮纹两侧是对称分布的，上缝处产生一条亮纹下缝处同样会产生一条亮纹，上下缝的亮纹条数之和为偶数，再加上中央亮纹，所以一共有奇数条亮纹宽度是比较宽的，而离开中央亮纹一定距离的第n条亮纹宽度会迅速减小。简单来说就是双缝干涉条纹中，总有奇数条条纹宽度较宽，而在较宽条纹以外离中央亮条纹较远处的亮纹宽度会迅速减小。

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两条缝之间的距离越近形成的条纹越宽。因为上缝（1265区域）在物质实体B的引力影响区域内，并且引力作用遵循平方反比规律，所以两条缝之间的距离越近物质实体B对上缝的引力叠加作用越强，此时上缝引力合力为零的中心线位置就要向上移动，同时经过上缝3465区域的光子就可能与更多的引力子发生碰撞，因此从上缝3465区域经过的光子就会发生更大的偏转，从而在屏幕上形成更宽的亮条纹。

（六）电子双缝干涉实验产生的原因。我们知道，原子核可以吸收一个或者几个中子发生'裂变'、两个原子核也可以在一定条件下发生'聚变'并放出巨大的能量，电子也可以'

裂变'放出光子同时放出一定的能量，电子'裂变'放出的能量比原子核'裂变'放出的能量小若干个数量级，但依然能够被我们直接观测到，通常情况下大量电子'裂变'放出光子的重要标识就是会发光发热。由于引力子质量非常小，电子'裂变'放出引力子的过程伴随的能量释放极其微小也极不明显，目前我们还无法直接观测到。但是电子运动状态的改变却可以由屏幕上形成的条纹来间接证实，如果电子在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹则说明电子经过双缝后没有'裂变'放出引力子，如果电子在屏幕上形成两条亮条纹则说明电子受到了干扰发生'裂变'放出引力子并改变了运动轨迹。