两束相干光,反相,同时发射时能量哪去了?两束相干光,反相,如果单独发射,则会有能量传出,如果同时发射,则会完全抵消,而使没有能量...
两束相干光,反相,同时发射时能量哪去了?
两束相干光,反相,如果单独发射,则会有能量传出,如果同时发射,则会完全抵消,而使没有能量传出,那么这两束光的能量到哪去了?(1)在干涉条纹的暗条纹处,是没有能量分布的。
(2)没有能量分布不意味着没有光场分布,亮暗条纹只是两个独立光场在空间上的叠加效果,根据光的独立传播原理,当两束光离开该位置后,仍将独立传播。
(3)干涉的作用是改变了光的能量在空间上的分布,这种分布最终仍是符合能量守恒定律的。但不能简单认为就是把暗条纹处的能量分布到了两条纹处,需要分情况讨论。
3.1 杨氏干涉(分波前干涉)
此时在接收屏上接收到的光能量理论上应该就是两个小孔光源发出的能量之和。
3.2 平行平板干涉/迈克尔逊干涉仪/牛顿环(分振幅干涉)
此时在接收屏上接收到的光能量理论上就不再是光源发出的能量之和。因为考虑到分振幅的特点,在分振幅处必然会产生两个干涉图像(e.g:平行平板的反射干涉条纹和透射干涉条纹,迈克尔逊干涉仪的下方干涉条纹和左侧干涉条纹,牛顿环的上方干涉条纹和下方干涉条纹),两个干涉图像的总能量之和才是光源发出的能量,从而遵守能量守恒定律。
因为光的本质到底是什么?现在依然是个谜。现代物理学流行的“波粒二象性”理论,也没有很好地解释所有光的现象。比如:光既然是均匀传播的,那宇宙间无数的恒星每时每刻都在发光,向外发射能量,为什么不能照亮整个宇宙?没有人能回答这个问题。
“两束相干光,反相,如果单独发射,则会有能量传出,如果同时发射,则会完全抵消,而使没有能量传出,那么这两束光的能量到哪去了?”你在书上是找不道答案的。因为关于光本质的理论到目前还没有完善。我们在上学的时候所学的光的色散、光的干涉、衍射、偏振、电磁本性、光电效应、波粒二象等,却唯独回避“能量而物质”。
上面那位虽然讲得头头是道,却也没有说出个所以然来。只是让你承认“能量是存在的。不是没有能量传出”。这种回答就如同:一个人怀疑上帝的存在。牧师却说:“圣经上明明写着有啊!你这是大逆不道啊!”另人反感。
“质能转换”——近代物理理论的前沿。但由物质而能量,可以有人类就实现了,司空见惯。但由能量而物质,到现在没有发现。“读书处处有个自我,行事桩桩少对人言”。你对书本的理论有疑问,很好。那你是不是可以大胆地设想:这两束光的能量是不是物质了?
光的干涉中,由于光子抵消产生暗条纹,那光子的能量去哪了?
当两道光束互相干涉并产生暗区时,能量会发生什么变化?
光束可以认为是由一列波所组成的。如果两道光束以一个小角度相遇,那么,一道光束的各个波可能与另一道光束的各个波以这样的方式相遇,就是:一个波的向上运动恰好碰上另一个波的向下运动,反过来也是这样。这时两个波就相互“干涉”,并且部分或甚至全部相互抵消。结果,两个波以这种方式结合起来所产生的光,其强度小于这两个波中任何一个波单独产生的光的强度。
但是每个波列都代表一定的能量。如果一个波抵消另一个波,在原来存在着光的地方造成暗区,那么,这是不是意味着能量消失了呢?
当然不是!物理学的基本定律之一就是能量不灭,这就是“能量守恒定律”。在干涉中、某些能量不再以光的形式存在。这样,就必定有完全相等的能量以某种其他形式存在。
组织得最差的能量形式就是构成物质的粒子的无规则运动,我们把它称为“热”。当能量改变形式的时候,总是倾向于失去组织性,因此,当能量似乎已消失的时候,最好是去寻找热,寻找比以前更高的速度作无规则运动的分子。
光发生干涉时的情况就是如此。从理论上说,你可以这样安排两道光束,让它们完全干涉。这时,让这两道光束投射到一个屏幕上,屏幕会完全黑暗。但是在这种情况下,屏幕就会变热。能量并没有消失,它只是改变了形式而已。
下面的情况属于同样的问题。假定你给一个钟上紧发条,那么,这个发条就比没有上紧的同样的发条含有更多的能量。
现在假定你让这上紧的发条溶化在酸中。这时,能量发生了什么变化呢?
这时能量同样转化为热。如果你在开始时拿出两杯温度相同的酸溶液,然后让未上紧的发条溶化在一杯酸溶液中,而让上紧了的发条溶化在另一杯酸溶液中(把两杯溶液互换也是一样),结果,溶解了上紧发条的溶液的温度会比溶解了未上紧发条的溶液高一些。
一直到1847年,在物理学家彻底了解了热的性质之后,能量守恒定律才被人们所理解。
从那以后,由于坚信这个定律,人们才对一些基本现象有了新的了解。例如,在放射性嬗变中所产生的热比十九世纪物理计算所预料的要多,到爱因斯坦提出了他的著名方程E=mc2,表明物质本身是一种能量形式之后,这个问题才得到解决。
同样,在某些放射性嬗变中所产生的电子的能量太少了。1931年,泡利并不认为这种现象违背了能量守恒定律,而且提出了这样的看法:这时不但产生了电子,还产生了另一种粒子——中微子,中微子带走了其余的能量。他的看法是对的。
两束光干涉相消中能量的问题
举一个例子吧,比如在X轴上有两个光源,一左一右,它们都向X轴正方向发射同频率等振幅的光。如果控制两束光的相位差,使其为π,那么在相干处应该呈现一片黑色(即看起来没有光照射)rnrn用方程来说明问题即是Acos(kx+wt+π)+Acos(kx+wt)=0rn可是,相干处的能量跑去那儿了呢?相干增强的地方能量变多了吖。
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