物理+哲学问题求解：光子和1/4波长反射膜 - 未名空间MITBBS历史存档

物理+哲学问题求解：光子和1/4波长反射膜# WaterWorld - 未名水世界

m*p2011-09-26 07:09

1 楼

公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
透过玻璃了。
问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
果关系！
空气玻璃空气
入射 -> | ->A | -> 透射

I*J2011-09-26 07:09

2 楼

Are you sure his background is Physics? He has no any idea about QD

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

p*n2011-09-26 07:09

3 楼

那是這樣
還沒遇到介面之前
先走的光有跟後頭的光打過招呼
兩邊談好了才決定要向前走還是向後走
就跟在大陸開會一樣
所有的決定開會前就決定好了
所以這些光要往前走還是往後走在遇到介面之前都已經決定好了
這樣因果律就滿足了

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

b*r2011-09-26 07:09

4 楼

确实是违法因果关系的
据我所知目前对于光的这种属性并没有很好的解释
我自己的想法，光的速度是绝对等于光速，按照相对论光的时间是完全停止的，所以并
没有时间早晚的问题，也没有先后的因果关系的存在

p*n2011-09-26 07:09

5 楼

那誰你讓你學物理的同事去查查
path integral
看看這因果怎麼算

【在 b****r 的大作中提到】

: 确实是违法因果关系的
: 据我所知目前对于光的这种属性并没有很好的解释
: 我自己的想法，光的速度是绝对等于光速，按照相对论光的时间是完全停止的，所以并
: 没有时间早晚的问题，也没有先后的因果关系的存在

E*e2011-09-26 07:09

6 楼

对于lz这类缺乏近代物理系背景的，还是把光就想成（电磁）波动比较好理解点，不要
管啥粒子光子啥的。

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

j*62011-09-26 07:09

7 楼

装逼犯你给说说看你能不能说明白

【在 I***J 的大作中提到】

: Are you sure his background is Physics? He has no any idea about QD

j*62011-09-26 07:09

8 楼

有一个装逼犯

【在 E*******e 的大作中提到】

: 对于lz这类缺乏近代物理系背景的，还是把光就想成（电磁）波动比较好理解点，不要
: 管啥粒子光子啥的。

f*r2011-09-26 07:09

9 楼

中学物理课上有人提出过这个问题，但解释也不是很让人信服，也许有些事实本来就不
容易理解。
这是所有波都有的性质，并不局限于光，宏观世界里面的波也成立。

l*g2011-09-26 07:09

10 楼

这个被接受为光电波粒二相性，现在不能够说明它为什么这样，只知道这样的假设符合
现实世界里的观察。
不接受这些的，可以说没有入门量子力学。物理专业的人，量子力学应该是基础课。仅
仅物理背景，就不一定了。
微观粒子的波粒二相性，不是推论，是公理，但至少可以做实验来检测。到目前为止，
还没有可以信服的反例。
上面的例子中，有趣的部分是光粒子和自身的叠加干涉，意外着它即在前一个反射面，
又在后一个反射面，非如此不能解释光子一个一个透过镜面的情形。

b*r2011-09-26 07:09

11 楼

原来你也不懂，还要别人的学物理的同事去查

【在 p***n 的大作中提到】

: 那誰你讓你學物理的同事去查查
: path integral
: 看看這因果怎麼算

w*32011-09-26 07:09

12 楼

本来就没有'一个光子'的概念，也不是真的反射，而其实是散射，都是QED基本过程

v*s2011-09-26 07:09

13 楼

这个很容易吧，小于光波波长的时候，光子是弥散在整个空间中的，根本不是定域的，
换言之，打到反射膜前后表面的光子是相干的，不能看成独立粒子。

【在 j********6 的大作中提到】

: 装逼犯你给说说看你能不能说明白

j*e2011-09-26 07:09

14 楼

我不太明白
这个讲的违反了因果关系，是啥？楼主能不能给说说
我怎么看不出来违反了因果关系。。。

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

l*b2011-09-26 07:09

15 楼

光子的相干弥散空间可以远大于波长吧
你可以考虑一个cavity，一个光子在里面撞来撞去，每次都有一点点概率leak出去。最
后出射的就是一个长长的相干波包。
或者这么想，假定我们有个特别localized的光子，时域上的确定带来频域上的巨大不
确定，也就是这个光子的频谱很宽。那让该光子穿过一个色散介质，它就在空间上大大
弥散了。

【在 v*****s 的大作中提到】

: 这个很容易吧，小于光波波长的时候，光子是弥散在整个空间中的，根本不是定域的，
: 换言之，打到反射膜前后表面的光子是相干的，不能看成独立粒子。

v*s2011-09-26 07:09

16 楼

注意逻辑萨，我说的是小于波长的时候，因为不确定性，光子一定是弥散的（这个量级
上应该是对的吧，波长-〉频率-〉能量-〉动量，动量乘位置最小就是普朗克常数），
并没有说大于波长的时候，光子一定不弥散啊。

【在 l*b 的大作中提到】

: 光子的相干弥散空间可以远大于波长吧
: 你可以考虑一个cavity，一个光子在里面撞来撞去，每次都有一点点概率leak出去。最
: 后出射的就是一个长长的相干波包。
: 或者这么想，假定我们有个特别localized的光子，时域上的确定带来频域上的巨大不
: 确定，也就是这个光子的频谱很宽。那让该光子穿过一个色散介质，它就在空间上大大
: 弥散了。

C*e2011-09-26 07:09

17 楼

不明白，入射角度不需要考虑的？

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

l*b2011-09-26 07:09

18 楼

这不一定吧
如果光子定域（空间不确定性很小），那就频率不确定性很大呗。
理论上，光子的位置可以非常确定，当然代价就是频率非常不确定。压缩态嘛。

【在 v*****s 的大作中提到】

: 注意逻辑萨，我说的是小于波长的时候，因为不确定性，光子一定是弥散的（这个量级
: 上应该是对的吧，波长-〉频率-〉能量-〉动量，动量乘位置最小就是普朗克常数），
: 并没有说大于波长的时候，光子一定不弥散啊。

l*k2011-09-26 07:09

19 楼

这是最靠谱的解释。做过初等量子力学里平面波通过delta势阱、阶梯势阱的题就知道
，这都是很相似的东西。稳态建立之前有个暂态过程，会有波来会反射，有波幅变化，
但不违反因果律。暂态过去之后进入稳态，也没因果律什么事儿了。

【在 v*****s 的大作中提到】

: 这个很容易吧，小于光波波长的时候，光子是弥散在整个空间中的，根本不是定域的，
: 换言之，打到反射膜前后表面的光子是相干的，不能看成独立粒子。

l*82011-09-26 07:09

20 楼

这样假定B反射，然后因为相位的问题又被抵消。你可以这样理解，但是不是真实的物
理过程。因为有了介质以后边界条件不一样了，反射部分和投射部分的光强度发生改变。
所以，在这个边界条件下，反射的就应该是零。
你同事说的，先反射，然后相位相位抵消B消失了，C增强。普通物理里面计算可以这样
理解，但是真实的过程根本就不存在反射部分。因为边界条件决定了反射就是零（解麦
克斯韦方程得到），透射等于原来光强。不存在违反因果关系。
你的同事要么故意说个让人容易误解的东西，要么他就没有理解边界条件对过程的影响。

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

l*k2011-09-26 07:09

21 楼

不影响问题的本质

【在 C*******e 的大作中提到】

: 不明白，入射角度不需要考虑的？

h*n2011-09-26 07:09

22 楼

此问题的关键，在于不能认为光子是被两个界面分别反射，按这种思路永远无法理解干
涉现象。必须认为光子是被两个界面一起反射，所以才有两个界面的干涉并决定光子最
后的走向。
这等同于在双缝干涉实验中，光子必须同时通过两个处在不同位置的狭缝。虽然直观上
似乎难以接受，但这是唯一的解释！（如果你认为光子是个实在粒子的话，这就是唯一
的解释）。这不只对光子成立，对任何物质粒子包括中子电子都成立！
问题在于，你还是把微观粒子想象成仿佛乒乓球一样的定域粒子。实际上，微观粒子在
被“观察”到之前，是完全没有确定位置可言的，所以才能同时通过两个狭缝。
当然，不同的解释也是存在的。费曼就认为，光子能够“感觉”到全空间的可能路径，
所以会选择一条叠加之后相干增强的路径。
不过最现代的说法，是量子场论。粒子只不过是“场”的量子化表现。换言之，“场”
才是宇宙里的真实存在，“粒子”只不过是场在某些情况下表现出来的能量单位而已。
换言之，粒子只是一种方便的思维模式，实际上并不存在。理解了这一点，那么也就不
会被干涉现象迷惑了。

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

p*n2011-09-26 07:09

23 楼

當年就是沒弄懂這path integral
不然我就做高能去了

【在 b****r 的大作中提到】

: 原来你也不懂，还要别人的学物理的同事去查

b*12011-09-26 07:09

24 楼

哥们，相干长度!
1/4波片消反的前提是光束的相干长度要远大于玻片厚度，因为只有这样前后面反射光
才能相干，得到相消的结果。

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

d*u2011-09-26 07:09

25 楼

你们都是干啥的啊
这么多年前学的东西还记得

【在 b*******1 的大作中提到】

: 哥们，相干长度!
: 1/4波片消反的前提是光束的相干长度要远大于玻片厚度，因为只有这样前后面反射光
: 才能相干，得到相消的结果。

b*12011-09-26 07:09

26 楼

我就是吃这碗饭的。

【在 d*****u 的大作中提到】

: 你们都是干啥的啊
: 这么多年前学的东西还记得

m*u2011-09-26 07:09

27 楼

量子力学不用满足因果关系
相对论才是在因果关系基础上的

h*n2011-09-26 07:09

28 楼

这和他的问题好像关系不大。单个光子一样可以有很长的相干长度。干涉不是多光子才
有的现象，单光子一样可以和自己干涉。

【在 b*******1 的大作中提到】

: 哥们，相干长度!
: 1/4波片消反的前提是光束的相干长度要远大于玻片厚度，因为只有这样前后面反射光
: 才能相干，得到相消的结果。

f*r2011-09-26 07:09

29 楼

提到光子，量子力学是否误入了歧途？这本来就是波的性质，宏观世界也存在波的干
涉相消现象。

h*n2011-09-26 07:09

30 楼

没有。量子力学好歹也是一代物理学家的结晶，实验证据绝对过硬。
经典的波其实也只是一种近似描叙。比如光波，通常用照相机可以很容易拍摄到其波面
。但是当光源变得极为微弱的时候，其波面并不是均匀变暗，而是变成一个个离散的，
但是亮度相同的点。这就是光子存在的直接证据。
量子力学的思维方式是物理学的一个飞跃。对于笃信一切粒子都是定域，客观，实在的
人（比如老爱）来说，这种思维方式很难接受。但是目前为止，还没有能替代量子力学
的东西。

【在 f****r 的大作中提到】

: 提到光子，量子力学是否误入了歧途？这本来就是波的性质，宏观世界也存在波的干
: 涉相消现象。

f*r2011-09-26 07:09

31 楼

我并不是说量子力学不对，而是说本来宏观世界即存在的干涉相消现象，用量子力学解
释，是否不合适？

p*n2011-09-26 07:09

32 楼

只要參與的人夠多
說起來就合適
如果參與的人少
就得考慮 t 分布
宏觀世界就是參與的人多

【在 f****r 的大作中提到】

: 我并不是说量子力学不对，而是说本来宏观世界即存在的干涉相消现象，用量子力学解
: 释，是否不合适？

t*x2011-09-26 07:09

33 楼

原因是楼主说的根本就无因无果，无始无终。
这个数学上对一个单频的表示，单频就是时间无限长的周期，在频域就是一个delta了。
只要有始有终，肯定有光回去，表达上就是多了个package，自己算算就行了，数学上
肯定自洽，也符合因果律。

h*n2011-09-26 07:09

34 楼

这没啥不合适的。宏观理论都是近似，微观理论才是基本，微观理论的适用范围包含宏
观现象。比如光波的干涉，你从经典的电磁波理论当然可以分析，硬要从微观角度分析
一个个光子的运动也是行得通的，只是数学上更繁琐一些而已。

【在 f****r 的大作中提到】

: 我并不是说量子力学不对，而是说本来宏观世界即存在的干涉相消现象，用量子力学解
: 释，是否不合适？

f*r2011-09-26 07:09

35 楼

那么量子力学怎么解释波浪的干涉相消现象？

【在 h*****n 的大作中提到】

: 这没啥不合适的。宏观理论都是近似，微观理论才是基本，微观理论的适用范围包含宏
: 观现象。比如光波的干涉，你从经典的电磁波理论当然可以分析，硬要从微观角度分析
: 一个个光子的运动也是行得通的，只是数学上更繁琐一些而已。

f*r2011-09-26 07:09

36 楼

我倾向于这种解释：
虽然我们习惯上用两个波源产生的波相消来解释增透镀膜（或者其他类似现象），但实
际的物理过程是：边界条件，也就是波产生的边界条件发生了改变，以至于波的产生发
生了改变。那束光（或者别的波）最后根本没有反射出来，而不是反射以后再被消掉。

l*82011-09-26 07:09

37 楼

没有违反。考虑不确定性。

【在 m*p 的大作中提到】

: 公司的一个物理学背景的同事今天问我的，问题如下：
: 光子射入一块1/4波长反射膜的玻璃，反射波被抵消了，所以几乎100%的光子最后都
: 透过玻璃了。
: 问题是：考虑光子接近玻璃介质面的时刻，如下图，A前进然后遇到介质，一部分光子
: bounch back,noted as C, 然后反方向射出玻璃, noted as B。此刻因为B的相位被抵
: 消了，所以B不存在，然后C的那部分光子就随着A方向射出。问题是这里面C违反了因
: 果关系！
: 空气玻璃空气
: 入射 -> | ->A | -> 透射
:

h*n2011-09-26 07:09

38 楼

波浪和声波一样，本身就是一大堆相互作用的粒子的运动。原则上来说，只要写出整个
系统的哈密顿函数和拉格朗日函数，设周期性边界条件，就可以用解出系统的波动方程
。各个波动模式为波动方程的本征态。把初始条件设成两个波一起传播的话，就能解出
它们相遇后的结果。
当然，实际上没人这么做，因为粒子数量太多，而且用经典的连续介质近似足够精确了。
不过在某些场论教科书里确实存在较为简化，但是有这种精神的例子。通常是假定一个
一维的粒子链，然后可以解出这个粒子链整体的波动方程。当粒子数量够多的时候，这
个方程和经典的连续介质中的波动方程是一致的。

【在 f****r 的大作中提到】

: 我倾向于这种解释：
: 虽然我们习惯上用两个波源产生的波相消来解释增透镀膜（或者其他类似现象），但实
: 际的物理过程是：边界条件，也就是波产生的边界条件发生了改变，以至于波的产生发
: 生了改变。那束光（或者别的波）最后根本没有反射出来，而不是反射以后再被消掉。