data/attachment/portal/201111/06/094828yn809xzb9cqcq853.jpg双缝实验
在双缝实验里，照射单色光在一座有两条狭缝的不透明挡墙。在挡墙的后面，设立了一个照相底片或某种侦测屏障，用来纪录通过狭缝的光波的数据。从这些数据，可以了解光波的物理特性。以波动观来解释光波的干涉。
理查德·费曼说：仔细地思考双缝实验的意义，我们就能够一点一滴的了解整个量子力学。透过双缝实验，我们可以了解量子世界的真谛。
目录
起源
基础理论
物理重要性
经典波动观结果
物质波
量子力学结果
相关词条
参考资料
起源
在1807年，托马斯·杨扬总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了他那个名扬四海的实验：光的双缝干涉。后来的历史证明，这个实验完全可以跻身于物理学史上最经典的前五个实验之列，而在今天，它已经出现在每一本中学物理的教科书上。
杨的实验手段极其简单：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源（从一个点发出的光源）。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
data/attachment/portal/201111/06/094828mtxj0mnhjn8zhsi0.jpg根据实验观察的水波图样，托马斯·杨亲手绘制的双
缝干涉现象。
杨的著作点燃了革命的导火索，光的波动说在经过了百年的沉寂之后，终于又回到了历史舞台上来。但是它当时的日子并不好过，在微粒说仍然一统天下的年代，杨的论文开始受尽了权威们的嘲笑和讽刺，被攻击为“荒唐”和“不合逻辑”。在近20年间竟然无人问津，杨为了反驳专门撰写了论文，但是却无处发表，只好印成小册子。但是据说发行后“只卖出了一本”。原因很简单，在此之前人们一直认为光是纵波，直到1819年一个不知名的法国年轻工程师——菲涅耳（AugustinFresnel），当时他才31岁，在《关于偏振光线的相互作用》论文里，提出了光是横波的概念。
托马斯·杨扬的实验是一个开端，后续的柏松、阿拉果等人的实验彻底建立了光的波动说。
基础理论
data/attachment/portal/201111/06/094828te6566k75g0e3363.jpg一组同尺寸的，圆心包含于一个波前的圆圈。它们的
切线，经过联结与平滑后，形成一条连续
的曲线，这就是预测的波前位置。
克里斯蒂安·惠更斯发现了光波传播的基本原理，怎样预测光波的传播于介质。光源发放出一系列的光波，就好似浮在水面上的浮标，被重复的拉起来，放下去，造成了水波的散发。他想出一种预测波前位置的方法。制造一组同尺寸的，圆心包含于一个波前的圆圈。它们的切线，经过联结与平滑后，形成一条连续的曲线，这就是预测的波前位置。依照这方法，可以展示出一个平面波前，或一个圆形波前，延伸的状况。
奥古斯丁·简·菲涅耳根据惠更斯的结果，证明了光的波动特性，与光在纯介质内，以直线传播的事实，并没有任何矛盾。他又照着惠更斯的想法，对于衍射与干涉现象，给予了一个合理的，完整的论证。
随着量子力学的发展，科学家对于光的物理特性有更多的了解，在一段短暂的时间内，传播至某一表面的一束光波意味着许多光子的到达，每一个光子都有它自己的波前。为了要了解在双缝实验里，真正发生了什么状况，我们必须知道，假若，光子是一个一个的发射出来，我们会观测到怎样的状况？1909年，杰弗里·英格拉姆·泰勒爵士做了一个关于这方面的双缝实验。这实验将入射的光波强度大大减低，在每一单位时间内，平均只有一粒光子被发射出来。每一个光子的波前通过两条狭缝后，这光子会显示于侦测屏障的某个位置。显示于这位置的概率，可以由通过两条狭缝后的两个概率波，在那位置的概率幅计算出来。两个概率幅的相加，取绝对值平方，就是概率。累积许多光子在侦测屏障的位置数据，泰勒爵士发现，显示于侦测屏障的干涉图案与原本的双缝实验图案相同。
物理重要性
data/attachment/portal/201111/06/0948285kiuepbcm542mobe.jpg托马斯·杨设计与研究成功的双缝实验。用经典的粒子
观解释，不会产生干涉现象；只有用波动观，才会
产生干涉现象。
双缝实验是最先由英国科学家托马斯·杨设计与研究成功的。1801年，他用这实验来解答，光到底是粒子还是波的问题。从这实验观测到的干涉图案给予光的粒子观一个致命的打击。因为，经典的粒子理论无法满意地解释这实验的干涉图案。大多数的科学家从此接受了光的波动观。一直到20世纪初期，才再出现支持粒子观的实验证据。由于它可以很清楚简易地，探讨量子力学的中心迷云，双缝实验与它的各种变异，成为了许多理论物理家宠爱的思想实验。
1972年，理查德·西利托与C·威克斯（C.Wykes）将双缝实验修改，使得在任何时间，只有一条狭缝是开起的，另外一条狭缝是关闭的。这样，在任何时间，光子只能经过两条狭缝中的一条狭缝。虽然如此，他们仍旧能够成功地观测到光子的干涉图案。
1961年，蒂宾根大学的克劳斯·约恩松（ClausJ?nsson）创先地用电子来做双缝实验，他发现电子也会有干涉现象。1974年，皮尔·乔治·梅利（PierGiorgioMerli)，在米兰大学的物理实验室里，成功的将电子一粒一粒的发射出来。在侦测屏障上，他也确实的观测到干涉现象。2002年9月，克劳斯·约恩松的双缝实验，被《PhysicsWorld》杂志的读者，选为最美丽的物理实验。
经典波动观结果
在任何时刻，有一个波前，可以代表那时刻所有从光源散发出来的光波。由于光波从狭缝边缘散发出来，在侦测屏障行成的干涉图样中，任何两个部分的距离data/attachment/portal/201111/06/094828wmq00cwlc2fx00ql.jpg，随着挡墙与侦测屏障的距离D而变。假若D增加，则data/attachment/portal/201111/06/094828xap3epadqb83lx31.jpg也增加。减小两个狭缝a，b之间的距离B，会增加条纹之间的距离。增加光波的波长data/attachment/portal/201111/06/094828jb41i1xj6xjrtr1i.jpg，也会增加条纹之间的距离。可是，狭缝的缝宽必须有足够的尺寸，能够允许某波长的光波通过。否则，单缝干涉会变得很显著，因而影响到双缝实验的结果。反过来说，假若，缝宽太宽（例如，一座墙上的两扇普通的窗子），则光波会直接照射过去，而观察不到干涉现象。
在侦测屏障上观察到的明亮的条纹，是由光波的建设性干涉造成的，当一个波峰遇到另外一个波峰，建设性干涉会产生。黑暗的条纹是由光波的摧毁性干涉造成的，当一个波峰遇到另外一个波谷，摧毁性干涉会产生。用方程表达，当以下关系成立时，会发生建设性干涉：
data/attachment/portal/201111/06/094828buq7htpeb76zych7.jpg
其中，n是最大强度值（波峰遇到波峰，最大建设性干涉的光波强度）的次序数（位于中央的最大强度值的次序数是n=1），y是条纹与中央之间的距离（称为条纹距离）。
这方程只是一个近似。方程的成立依赖某些先决条件的成立。应用这方程与实验仪器，B与D是实验参数，y可以由实验测量得知，有了这几个数值，我们就可以计算光波的波长。
物质波
data/attachment/portal/201111/06/094828d7971esfe7de1cft.jpg经过一段时间，电子的累积显示出干涉图案
不论是电子、质子，或是任何其它可以被视为是属于量子尺寸的粒子，在双缝实验里，粒子抵达侦测屏障的位置分布，是具有高度决定性的。我们可以用量子力学来精确地计算与预测，粒子抵达侦测屏障的位置的概率。可是，无法预侧，在什么时刻，在侦测屏障的什么位置，会有一个粒子抵达。这么一个无可争议的结果，是经过多次重复地实验而得到的。这结果给予了科学家极大的困惑。因为粒子抵达顺序的无法预测，意味着没有任何原由，而发生的事件，这是科学家非常不愿意接受的事实。他们试图制造更多的变量来解决这困难。
当电子一堆一堆地对着侦测屏障发射，人们可以很容易地解释所产生的干涉图案。人们只要认定这些电子互相地干涉。可是，随着科技地进步，现在已经发展出来，能够可靠地发射单独电子的科学器材。应用这单独电子发射器于双缝实验，得到的干涉图案，使人们觉得好像电子有独自干涉自己的可能，又觉得好像单独的电子可以同时通过两条狭缝。对于大多数的科学家，这观点似乎建议，量子粒子能够同时出现于两个以上的地方。可是这与显然正确的道理，“任何事件不能同时地发生在两个地方”，有很大的冲突（参阅无矛盾律）。对于这问题，最简单的方法，就是接受物质波的概念。另外一种较难被接受的概念，主张量子物质的存在与行为，是无法用经典方法来诠释的。这种概念，与人们日常体验的物理事实有很大的出入，会造成更多的困惑。
单独电子累积的的双缝实验干涉图案，与一堆电子的双缝实验干涉图案，两个干涉图案是相同的。所以，我们可以维持一个有秩序的，一致的宇宙观。虽然，对于任何量子尺寸的粒子，我们必须以物质波来看待。
近几年来的科学研究，更进一步地发现了，干涉现象并不只限制于像质子、中子、电子、等等，这些基本粒子。大分子构造，像富勒烯(C60)，也能够制造双缝实验干涉图案。
量子力学结果
在1920年代，许多实验，像光电效应，显示出光以离散的，粒子的形式，称为光子，与物质互相作用。
假设，有一种光源能够替代阳光。这光源，在任何时间，能够一个一个地发射光子。又假设，侦测屏障有足够的敏感度来侦测一个光子。则杨式双缝实验，在理论上，可以用光子一个一个的测试，结果会得到与原本实验相同的答案。经过一段时间的累积光子，侦测屏障会展示出一系列明亮或黯淡的条纹的干涉图样。这结果看来好像又确定，又否定波动观。假若，光的行为不是波动行为，则侦测屏障不会展示出干涉图案。假若，光的波动观成立，则光不会以量子的形式抵达侦测屏障。
让人们特别注意一个卓越的实验。在这实验里，有一个侦测器，称为狭缝侦测器，能够侦测到光子的行踪，光子会经过两个狭缝中的那一个狭缝？可是，当人们将狭缝侦测器打开后，人们所熟悉的干涉图案，就会消失不见，改变成另外一种图案。侦测这个动作，涉及了光子与狭缝侦测器之间的互相作用。这改变了光子的量子态。假设，两个同频率的光子，在同时间被发射出来，则这两个光子是相干性。将狭缝侦测器关掉，则两个同调光子，都会不被干扰地经过狭缝，同调地抵达侦测屏障。可是，假设，我们将狭缝侦测器打开，而两个同调光子之中的一个光子，被狭缝侦测器侦侧到，则由于光子与狭缝侦测器之间的互相作用，两个光子不再同调，不再互相干涉。所以，侦测屏障的干涉图案会消失不见。
哥本哈根诠释
在早期的量子力学里，许多先驱学者的共识，哥本哈根诠释，明确地阐明，人们不应该推断，在数学公式与实验结果以外的，任何涉及量子尺寸的理论。除了光子发射的时间与抵达侦测屏障的时间以外，在任何其它时间，人们不能够确定光子的位置。为了要确定光子在某个其它时间的位置，人们必须侦测到它。可是，当人们侦测到光子在某个其它时间的位置，也改变了光子的量子态，干涉图案也因此受到影响。所以，在发射的时间与抵达侦测屏障的时间之间，人们不能测试光子的位置。我们只知道，在发射的时候与抵达侦测屏障的时候，光子是存在的。在其它时间，光子完全地跟宇宙失去了连络。在双缝实验里，到底发生了什么状况，无从得知。
一个光子，从被太阳发射出来的时间，到抵达视网膜，引起视网膜的反应的时间，在这两个时间之间，人们完全不知道，发生了什么关于光子的事。或许这论点并不会很令人惊讶。可是，双缝实验发现了一个很值得注意的结果，假若，人们试着确定光子在发射点与侦测屏障之间的位置，我们也会改变双缝实验的结果。假若，用狭缝侦测器，来侦测光子会经过两个狭缝中的那一个狭缝，则原本的干涉图案会消失不见。
仔细的推理，应用于日常宏观经验里所发生的事件，告诉人们，一个粒子必须通过两条狭缝之中的一条狭缝。实验说明，必须有两条狭缝才能产生干涉图案。假设有一个狭缝侦测器，能够让人们知道，在抵达侦测屏障之前，粒子的位置。这狭缝侦测器的使用，会使展示于侦测屏障的干涉图案消失不见。令人费解地，假若，在光子抵达侦测屏障之前，人们又将这狭缝侦测器所测得的资料摧毁，那么，干涉图案又会重现于侦测屏障（参阅quantumeraserexperiment）。
路径积分表述
路径积分表述是理查德·费曼提出的一个理论（费曼强调这个表述只是一个数学描述，而并不试图描述，某些人们无法观察到的真实程序。）路径积分表述阐明，假设一个光子要从点A移动至点B，它会试着经过所有的可能路径，包括同时经过两个狭缝的路径。可是，假若，用狭缝侦测器，来侦测光子会经过两个狭缝中的那一个狭缝，实验的状况立刻改变了。点B变为狭缝侦测器，新的路径是从狭缝侦测器B到侦测屏障C。这样，在狭缝侦测器B与侦测屏障C之间，只有空旷的空间，并没有双缝。所以，干涉图案会消失不见。
相关词条
参考资料
1.费曼,理查（2006）．费曼物理学讲义III量子行为．台湾：天下文化书，pp.39-60．ISBN986-417-672-2．
2.AkiraTonomura博士在英国皇家学院的演讲影片。
3.杨氏双缝公式导引
4.双缝实验动画
5.电子双缝实验动画