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物理實驗

量子雙狹縫:一次一顆光子

把光子一顆一顆發射:每顆都隨機落在屏幕某處,但累積幾千顆後,干涉條紋自己浮現——單一光子跟自己干涉。打開「路徑偵測器」看條紋瞬間消失,體驗量子力學最深的謎。
t = 0.00 s

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

路徑偵測器(觀測光子走哪條縫)
發射速率
波長 λ
縫距 d
疊加理論機率曲線

即時量測

已偵測光子數
0
條紋間距理論 λL/d
mm
每顆光子的落點
完全隨機,無法預測
大量光子的分布

實驗任務

  1. 一顆一顆地干涉:速率調到 10 顆/秒,按開始。前一百顆看起來雜亂無章; 把速率調到 500 累積上萬顆——條紋自己浮現了。 重點:光子是一顆一顆通過的,沒有同伴可以「一起干涉」——它跟自己干涉。
  2. 觀測摧毀干涉:打開路徑偵測器(知道每顆光子走哪條縫)再累積—— 條紋消失,只剩一團。「知道路徑」與「干涉條紋」不可兼得, 這是互補原理,不是儀器不夠好。
  3. 隨機中的規律:單顆落點無法預測,但分布精確服從波動理論的 I(y)。 把「疊加理論機率曲線」打開對照——量子力學給的是機率,而機率分布是嚴格可預測的。
  4. 參數驗證:λ 或 d 改變後重新累積,直方圖峰距符合 Δy=λL/d 嗎? 和古典雙狹縫實驗(光學區)的連續條紋對照著看。

模型與假設

模型:每顆光子的落點由機率密度取樣(拒絕取樣法)—— 偵測器關閉:p(y) ∝ cos²(πdy/λL)·sinc²(πay/λL)(雙縫干涉×繞射包絡); 偵測器開啟:p(y) ∝ sinc²(πay/λL)(兩條單縫機率相加,干涉項消失)。縫寬 a=0.03 mm、屏距 L=1.5 m。
假設:這是對量子實驗統計結果的模擬,並未模擬波函數演化本身; 真實單光子實驗(如 1989 年濱松光子學單電子版本)的累積影像與此一致。