一个好奇的观察者的量子力学指南，第3页:玫瑰色的眼镜

到目前为止，我们已经看到了粒子以波的形式运动，也知道了一个粒子可以走多条，相距很远的路径。这一现象自然产生了许多问题，其中一个是，“粒子有多大?”答案非常微妙，在接下来的两周(和文章)中，我们将探讨这个问题的不同方面。

今天，我们从一个看似简单的问题开始:“如何做到?长一个粒子吗?”

做多

为了回答这个问题，我们需要考虑一个新的实验。早些时候，我们把光子发射到两条完全不同的路径上。在那次实验中，虽然这些路径相隔很远，但它们的长度是相同的:每条路径都绕着一个矩形的两边走。我们可以通过添加一些镜子来改进这个设置，允许我们逐渐改变其中一条路径的长度。

当路径长度相同时，我们会看到条纹，就像第一篇文章中所做的那样。但当我们把其中一条路径变长或变短时，条纹就会慢慢消失。这是我们第一次看到条纹慢慢消失;在之前的例子中，条纹要么存在，要么没有。

当我们改变路径长度时，我们可以将条纹的衰落与长度光子沿着这条路径运动。条纹只有在光子波重新组合时重叠时才会出现。

但是如果粒子以波的形式传播，长度是什么意思呢?一个有用的心理意象可能是把一颗小石子扔进一个光滑的水池里。由此产生的波纹向各个方向扩散，形成一组环。如果你在岩石掉下来的地方画一条线，你会发现有5到10个环。换句话说，波环是有厚度的。

从另一个角度来看，我们就好像是水面上的软木塞;我们将感觉不到波浪，一段时间的波浪，然后在波纹消失后平静的水。我们会说波纹的“长度”是我们经历波浪的距离/时间。

同样，我们可以把移动的光子想象成一组涟漪，一团进入我们实验的波。波浪自然地会分裂并经过两条路径，但只有当两条路径的长度足够接近，使涟漪在回到一起时相互作用时，它们才能重新组合。如果路径太不同，一组涟漪在另一组到达之前就已经过去了。

这幅图很好地解释了为什么条纹会慢慢消失:它们在完全重叠的时候很强，但随着重叠的减少就会消失。通过测量条纹消失的距离，我们测量了粒子波纹的长度。

在挖电灯泡的抽屉

我们可以通过我们通常的实验，看到我们之前看到的相同的特征:降低光子速率(这会产生彩弹般条纹的点彩效果)，改变颜色(更蓝的颜色意味着更近的间隔)，等等。但现在我们也可以测量条纹在调整路径长度时的行为。

虽然我们经常使用激光产生光的粒子(它们是很棒的光子豌豆射手)，任何一种光都可以:白炽灯，LED房间灯，霓虹灯，钠街灯，星光，通过彩色滤光片的光。当路径长度匹配时，我们通过的任何光都会产生条纹。但是条纹在距离上会消失，从微米的白光到数百公里为了获得最高质量的激光器。

具有明显颜色的光源往往有最长的波纹。我们可以通过让光源的光通过棱镜来研究光源的颜色特性。有些光源的颜色范围很窄(激光、氖灯、钠路灯);有些灯的颜色五颜六色(白炽灯泡、LED房间灯、星光);而其他的，如阳光通过彩色滤光片，在合成颜色的范围是中间的。

我们注意到一种相关性:光源的颜色范围越窄，条纹消失前的路径差就越长。颜色本身并不重要。如果我选择一个允许相同宽度的颜色通过的红色滤镜和蓝色滤镜，它们的条纹会以相同的路径差异消失。这是范围重要的是颜色，而不是一般的颜色。

这给我们带来了一个相当令人吃惊的结果:粒子波的长度是由它的颜色范围(因此是能量范围)决定的。对于特定种类的粒子，长度不是一个设定值。仅仅通过挖掘我们抽屉里的光源，我们就制造出了长度从微米(白光)到几厘米(激光笔)的光子。