光的四缝干涉实验

光的四缝干涉实验
殷正明


托马斯·杨 （1773-1829）做了双缝干涉实验在1801年。
麦克斯韦（1831-1879）电磁波方程组诞生于1865年。
电磁波理论的诞生，从无线电波到伽马射线，包括托马斯·杨的相干光都成为电磁波家族的一员。
托马斯·杨的相干光和麦克斯韦的电磁波像亲兄弟吗？
麦克斯韦电磁波的波形和传播方向，请见插图1，

托马斯·杨的相干光波形和传播方向请见插图2a和插图2b。

为了简化插图，将相干光的光源全部省略了，所有的插图都没有表示相干光的光源。
因为托马斯·杨的时代还没有电磁波的模型，他也就不可能考虑相干光的电场和磁场。
太阳光和无线电波的区别是很大的，无线电波的接收天线的制作需要导电材料，无线电波的接收天线能够接收太阳光波吗？好像没有听到上述的说法和用法。而且光对颜色的选择性很强，黑色吸收光的能力强，白色反射光的能力强，电磁波有没有这些特点呢？
本文提出四缝干涉实验，新实验的设计如下：
4缝实验使用两套完全相同的干涉仪，请见图3a和图3b。

调整SA干涉仪的位置，让干涉仪条纹在x轴方向平移，使SA的明条纹（红条纹）对准S/B的暗条纹（白条纹），见图4。

旋转干涉仪SA向下绕x轴，见图5和图6。

红条纹仅仅是一个示意性的干涉条纹，它是SA干涉仪的明条纹。暗条纹也是一个示意性的干涉条纹，它是S/B干涉仪的明条纹。红条纹之间的白色是SA的暗条纹，暗条纹之间的白色是S/B的暗条纹。我不得不这样画图，为了使新实验原理容易表示清楚，因为不同颜色的干涉条纹使下面的讨论更容易。
当SA的亮纹（红条纹）插入到S/B的暗纹（白色），这个时候，按照的相消干涉原理，将在屏上显示相消干涉的图样。在四缝干涉实验中，实际会有什么样的图样出现在屏上。只有当实验完成时，我们才能知道答案。请见图6。
进一步操作：
你可以连续的水平方向调整SA干涉仪到一个相干光的波长在x轴上。它的宽度就是屏上显示的S/B的亮纹加上S/B的暗纹，让SA的干涉条纹覆盖S/B的干涉条纹并且缓慢移动，让SA的干涉条纹缓慢扫描从S/B的暗纹到亮纹，必须有一个光线暗淡或者无光的图样在屏上显示。有一个特定的位置，SA明条纹和S/B的暗条纹相互叠加的特定位置，在屏上出现相消干涉的图样。
否则，似乎说明，杨氏光波动模型的假设可能存在缺陷。
如果实验时屏上出现其它图样，到那个时候再讨论它吧。

1961年蒂宾根大学克劳斯·约恩颂博士，用电子束（300纳米宽狭缝，40kev）完成了双缝干涉实验。

1974年，米兰大学的皮尔·梅利（pier·merli）教授他们分别做了完成了单电子的干涉实验。

美国内布拉斯加-林肯大学Roger Bach教授领导的研究团队，使用62纳米宽的狭缝，让0.6kev的电子通过狭缝，使用通道板探测器，计数单个电子，控制在每秒钟一个电子，进行双缝干涉实验。

最近的就是2023年1月4日在《科学进展》（Science Advances）上发表的双缝干涉实验。由中国科学技术大学高能核物理课题组、美国布里克海文国家实验室、山东大学高能核物理实验团队（徐庆华领队）共同完成。

从以上实验内容，可以看到杨氏双缝干涉实验影像之深远。

自杨氏双缝干涉之后，实验装置不断有更新。比如迈克耳孙干涉仪、法布里-珀罗干涉仪、马赫-曾德尔干涉仪。

因为杨氏双缝干涉仪，结构简单，容易调试，表达的物理意义清楚，可以优先改装成为四缝干涉实验仪。

由于作者本人根本就没有实验仪器，没有自己的实验室，所提出的四缝干涉实验无法独自进行，只有将此实验的设想表达出来，对于四缝干涉实验的结果，作者无法进行预测。
只有等待着实验的进行。



2023年3月10日