科學(xué)百科78期丨兩道光束互相干涉產(chǎn)生暗區(qū)時，能量發(fā)生什么變化

本期為大家?guī)恚?/p>

《你知道嗎——現(xiàn)代科學(xué)中的100個問題》

本書是阿西莫夫的優(yōu)秀作品之一。

作者以通俗的語言，深入淺出地解釋了現(xiàn)代科學(xué)中的一百個尖端課題。

其中，有些是了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所必須具備的基礎(chǔ)知識，如科學(xué)的研究方法、二進制數(shù)、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學(xué)技術(shù)的前沿陣地，如黑洞、統(tǒng)一場論、夸克、快子、金屬氫等。

作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什么樣的狀態(tài)、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。

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第七十八個問題：

當兩道光束互相干涉并產(chǎn)生暗區(qū)時，

能量發(fā)生了什么變化？

光束可以認為是由一列波所組成的。如果兩道光束以一個小角度相遇，那么，一道光束的各個波可能與另一道光束的各個波以這樣的方式相遇，就是：一個波的向上運動恰好碰上另一個波的向下運動，反過來也是這樣。這時兩個波就相互“干涉”，并且部分或甚至全部相互抵消。結(jié)果，兩個波以這種方式結(jié)合起來所產(chǎn)生的光，其強度小于這兩個波中任何一個波單獨產(chǎn)生的光的強度。

但是每個波列都代表一定的能量。如果一個波抵消另一個波，在原來存在著光的地方造成暗區(qū)，那么，這是不是意味著能量消失了呢？

當然不是！物理學(xué)的基本定律之一就是能量不滅，這就是“能量守恒定律”。在干涉中、某些能量不再以光的形式存在。這樣，就必定有完全相等的能量以某種其他形式存在。

組織得最差的能量形式就是構(gòu)成物質(zhì)的粒子的無規(guī)則運動，我們把它稱為“熱”。當能量改變形式的時候，總是傾向于失去組織性，因此，當能量似乎已消失的時候，最好是去尋找熱，尋找比以前更高的速度作無規(guī)則運動的分子。

光發(fā)生干涉時的情況就是如此。從理論上說，你可以這樣安排兩道光束，讓它們完全干涉。這時，讓這兩道光束投射到一個屏幕上，屏幕會完全黑暗。但是在這種情況下，屏幕就會變熱。能量并沒有消失，它只是改變了形式而已。

下面的情況屬于同樣的問題。假定你給一個鐘上緊發(fā)條，那么，這個發(fā)條就比沒有上緊的同樣的發(fā)條含有更多的能量?，F(xiàn)在假定你讓這上緊的發(fā)條溶化在酸中。這時，能量發(fā)生了什么變化呢？

這時能量同樣轉(zhuǎn)化為熱。如果你在開始時拿出兩杯溫度相同的酸溶液，然后讓未上緊的發(fā)條溶化在一杯酸溶液中，而讓上緊了的發(fā)條溶化在另一杯酸溶液中（把兩杯溶液互換也是一樣），結(jié)果，溶解了上緊發(fā)條的溶液的溫度會比溶解了未上緊發(fā)條的溶液高一些。

一直到1847年，在物理學(xué)家徹底了解了熱的性質(zhì)之后，能量守恒定律才被人們所理解。

從那以后，由于堅信這個定律，人們才對一些基本現(xiàn)象有了新的了解。例如，在放射性嬗變中所產(chǎn)生的熱比十九世紀物理計算所預(yù)料的要多，到愛因斯坦提出了他的著名方程E＝mc，表明物質(zhì)本身是一種能量形式之后，這個問題才得到解決。

同樣，在某些放射性嬗變中所產(chǎn)生的電子的能量太少了。1931年，泡利并不認為這種現(xiàn)象違背了能量守恒定律，而且提出了這樣的看法：這時不但產(chǎn)生了電子，還產(chǎn)生了另一種粒子——中微子，中微子帶走了其余的能量。他的看法是對的。