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  • 摘要: Q:镜面反射时光走的路程是最短的,光怎么知道它走这条路的路程是最短的?
    A:光没有自由意识,自然不知道它走的这条路是最短的。实际上,在镜面反射过程中,量子理论认为光其实走了所有可能的路径,每条路径都是平等的。而在几何光学中,光走的路径最短是它在经典极限下的描述。
    如图,一个光子经过镜面反射从S 到P 的过程中,实际上走了各种可能的路径,每种路径贡献一个概率幅(相当于一个复数),从S 到P的概率是所有这些不同路径给出的概率幅叠加的结果。但不同的路径因为路程不同,所以光子走的时间并不相同,于是相邻的路径贡献的概率幅实际上会有不同的相位。如果路程不是最小的,较小的路径移动就会带来比较大的路程的差别,那么相邻的路径之间的时间相差就会比较明显(如图中的SAP,SBP两条路径),这样,它们之间就会发生比较明显的相消干涉从而其贡献相互抵消。而对于SGP 这种路程最短的线,关于它的微小移动不会带来比较明显的相位差别,因此这部分的概率幅就会被保留并成为主要的贡献者。所以从实际的效果来看,就等于光走了最短路程的线。
    这个问题其实问的很好,著名的物理学家理查德费恩曼就是通过对这个问题的深入思考,提出了著名的路径积分理论。路径积分理论现在已成为理论物理的一块基石。

     

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