清華大學（後西醫）
114年
進階物理與線性代數
第 6 題
In the double-slit experiments of neutrons, which of the following statements is true?
- A Each neutron simultaneously passes through two slits and interferes with itself to form an interference pattern
- B Different neutrons pass through two slits and interfere with others to form an interference pattern
- C If one tracks the motion of each neutron (by shining a light), the interference pattern becomes more pronounced
- D It will not form the interference pattern because neutrons, unlike electrons, do not carry charges
- E None of the above
思路引導 VIP
如果在實驗中，我們刻意控制發射源，讓系統中一次只存在一個微觀粒子，結果在長時間累積後依然在屏上觀察到了干涉圖紋。請思考：這個干涉現象是源自於不同粒子之間的相互推擠，還是單一粒子本身就具備了某種像「波」一樣、能同時探索空間中所有可能路徑的特性？如果我們中途去偷看粒子走哪一條路，這份特性還會保留嗎？
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同學，恭喜你準確掌握了量子力學的核心觀念！中子雙縫干涉實驗是驗證波粒二象性（Wave-particle duality）極佳的例子。你準確地判斷出量子世界的干涉現象並非源於粒子間的「群體碰撞」，而是單一粒子具備的波性特質。
量子疊加與物質波相干性
根據德布羅意假說，中子具有波長 $\lambda = \frac{h}{p}$。當一個中子射向雙縫時，其波函數（Wavefunction）會同時通過兩個狹縫，這種狀態稱為量子疊加。即使實驗裝置中一次只讓一顆中子通過，這顆中子依然會與「通過另一狹縫的自己」產生相位差，進而發生干涉，最終在偵測屏上累積出機率分佈的條紋。這也解釋了為什麼中子即便不帶電（選項 D），依然能展現與電子類似的波動行為。
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中子雙狹縫干涉
💡 微觀粒子展現波粒二象性，會產生自我干涉現象。
| 比較維度 | 古典粒子觀點 | VS | 量子物質波觀點 |
|---|---|---|---|
| 通過方式 | 僅能通過單一狹縫 | — | 機率波同時通過雙狹縫 |
| 干涉來源 | 無干涉，粒子隨機累積 | — | 單一粒子與自身發生干涉 |
| 觀測影響 | 路徑明確，無顯著影響 | — | 一旦觀測路徑，干涉即消失 |
💬量子干涉源於粒子自身的波動疊加，而非多個粒子間的交互作用。
