光波干涉中暗条纹处的能量哪儿去呢

贾金忠

在光的薄膜干涉中，我们观察到了明暗相间的条纹，对于条纹的形成，教材中是这样解释的：灯焰发出的光波，被薄膜前后两个面反射，形成相干光波；光波所走的路程不同，在某些位置，这两列光波叠加后相互加强，于是出现了明条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现了暗条纹。

这种解释与波动理论是相一致。根据波动理论，当两列相干光叠加，在叠加区域，光程差△r=kλ（k=0,1,2,3…）处，两列光波叠加，振动加强，出现亮条纹；光程差△r=（2k＋1）λ（k=0,1,2,3…）处，振动减弱出现暗条纹。振动加强处光的能量增强，振动减弱处光的能量减弱，能量甚至减为零。对于机械波而言，两列波通过叠加，介质中各质点相互作用，如果质点的振动方向相反，则该处振动减弱，振动减弱处机械能一部分转化为内能。对于光波来说两列波叠加，振动减弱处能量减弱，出现暗条纹，那么在暗条纹处能量都到哪里去了呢？

这个问题的出现主要是忽视了机械波与光波的区别，用经典的波动理论来解释光波的干涉现象。实际上光波是一种概率波，虽然它也满足波动理论的数学规律，但光子在传播过程中有自己独特的运动特点，光的干涉现象并不真的是两列光的光子相互作用的结果。

那么怎样正确理解光的干涉中暗条纹处的能量减弱呢？应该用概率波去解释。对于光的双缝干涉，可以这样去理解：

在△r=k·λ（k=0,1,2,…）处，光子到达该处的概率大，在相等时间内，到达该处的光子数目多，能量大，出现亮条纹；

在△r=（2k＋1）λ（k=0,1,2,3…）处，光子到达的概率小，在相等时间内到达该处的光子数目少，能量小，出现暗条纹。

对于光的薄膜干涉，光程差也可认为是该处薄膜厚度d的2倍，即为2d，那么在△r=kλ（k=0,1,2,3…）处，即薄膜厚度d=（k=0,1,2……）处，光子被反射的概率大，反射后出现亮条纹，该处光的能量大。在△r=（2k＋1）λ处，即薄膜厚度d=λ处，光子透过薄膜的概率大，而被反射的概率小，在相等的时间内被反射的光子数量小，能量也就小，出现暗条纹。

所以，在理解象光子这样的微观粒子的波动性时，要从波粒二象性和概率波的角度去理解，也就是说单个光子的位置是不确定的，但在某点附近出现概率的大小可以由波动规律确定。对于干涉条纹、衍射条纹的分布，是大量光子概率分布导致确定的宏观结果，是光子自身固有的性质决定的。