费曼说过这里包含了量子力学的终极神秘(the only mystery)，尽管是对双缝实验说的，对单缝也成立。不过费曼关心的不是硬问题，而是所谓的波-粒二象之类的问题，这类概念性问题，可以归类于软问题。2012年Nature发表过一个评述，讨论的是，既然用包含了400个原子的高分子在进行衍射实验时，衍射图像还在，那么，衍射图像何时消失啊(can’t get no diffraction)? 这里关心的是经典量子边界问题，这就是一个硬问题。(维基百科：Hard science and soft science are colloquial terms used to compare scientific fields on the basis of perceived methodological rigor, exactitude, and objectivity.)

作为一个电磁学散射问题，单缝衍射原则上已经解决。如果希望得到《大学物理》中所介绍的Fraunhofer 单缝衍射的结果，需要对波动方程做五个近似。当然，单缝衍射同时也是一个量子力学问题，迄今为止的研究，都集中在相干性这个软问题上。

量子力学对这问题全面解决，需要从薛定谔方程出发，算出单缝衍射的各种图像。2011年，Princeton大学的Tony Rothman等说：“It is true that the usual textbook discussions of the two-slit experiment are riddled with ambiguities and omissions [2]; and this is for the reason that a consistent, quantum–mechanical treatment of the two-slit experiment does not, to our knowledge, exist.”(通常教科书书对于双缝实验的讨论都是在含混和遗漏中纠缠不清;一个自洽的对双缝实验的量子力学处理，在我们看来，并不存在。)

为什么作为一个量子力学硬核问题，单缝衍射问题至今无解。一个重要原因是，看来合理的电磁学的衍射解，却不是合理的量子力学态。

动画取自：http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/light/single-slit-diffraction.html

---

第二张图片中的图形，即第三章图片(动画)中的公式，它们是Fraunhofer 单缝衍射的标准结果！很多研究者，直接从量子力学出发，也得到这个结果！但是，在量子力学角度，Fraunhofer 单缝衍射的标准结果，在量子力学看来，这个结果如果不是错误的，至少是病态的。参看下面的计算，这个态上的动能是无限大！

有人会说，这个问题可以回避。问题是，回避了这个问题，其它问题会出来，而且新问题的严重程度和这个问题媲美！

------

放狗搜搜quantum mechanics of single slit diffraction，有2,670,000 条记录 (0.41 seconds)！

-----

写在成为热点博文之后 (2019年2月23日)

第一，经典的电磁理论仅仅适用于大量光子数的情况。少数光子也可以存在单缝衍射现象，属于本质上的量子现象，衍射图像不可能从经典的电磁理论推导出来。

第二，很多人读过或者听说过Feynman在他的路径积分一书中关于衍射现象的处理和评述，但是，很少人知道他的高度。他是一个“以奴仆命风月”的量子力学高人，他在不在乎什么电磁学中的什么实验结果呢，他可能根本无视电磁学中的实验结果，甚至俯视量子力学！

第三，单缝衍射作为一个量子力学问题，是量子力学测量问题的一个变种，或者量子经典边界问题的一个变种，这些都是理论物理中最棘手的问题。这类难题，其实是个陷阱，很像哥德巴赫猜想，人人都能听懂，但是很难而且意义其实有限。简言之，打磨思想是块好石头，却未必能做出漂亮的结果！

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自刘全慧科学网博客。

链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3377-1163195.html?mobile=1

收藏

分享