科学百科78期：当两道光束互相干涉并产生暗区时，能量发生了什么变化？

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本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第七十八个问题：

当两道光束互相干涉并产生暗区时，

能量发生了什么变化？

光束可以认为是由一列波所组成的。如果两道光束以一个小角度相遇，那么，一道光束的各个波可能与另一道光束的各个波以这样的方式相遇，就是：一个波的向上运动恰好碰上另一个波的向下运动，反过来也是这样。这时两个波就相互“干涉”，并且部分或甚至全部相互抵消。结果，两个波以这种方式结合起来所产生的光，其强度小于这两个波中任何一个波单独产生的光的强度。

但是每个波列都代表一定的能量。如果一个波抵消另一个波，在原来存在着光的地方造成暗区，那么，这是不是意味着能量消失了呢？

当然不是！物理学的基本定律之一就是能量不灭，这就是“能量守恒定律”。在干涉中、某些能量不再以光的形式存在。这样，就必定有完全相等的能量以某种其他形式存在。

组织得最差的能量形式就是构成物质的粒子的无规则运动，我们把它称为“热”。当能量改变形式的时候，总是倾向于失去组织性，因此，当能量似乎已消失的时候，最好是去寻找热，寻找比以前更高的速度作无规则运动的分子。

光发生干涉时的情况就是如此。从理论上说，你可以这样安排两道光束，让它们完全干涉。这时，让这两道光束投射到一个屏幕上，屏幕会完全黑暗。但是在这种情况下，屏幕就会变热。能量并没有消失，它只是改变了形式而已。

下面的情况属于同样的问题。假定你给一个钟上紧发条，那么，这个发条就比没有上紧的同样的发条含有更多的能量。现在假定你让这上紧的发条溶化在酸中。这时，能量发生了什么变化呢？

这时能量同样转化为热。如果你在开始时拿出两杯温度相同的酸溶液，然后让未上紧的发条溶化在一杯酸溶液中，而让上紧了的发条溶化在另一杯酸溶液中（把两杯溶液互换也是一样），结果，溶解了上紧发条的溶液的温度会比溶解了未上紧发条的溶液高一些。

一直到1847年，在物理学家彻底了解了热的性质之后，能量守恒定律才被人们所理解。

从那以后，由于坚信这个定律，人们才对一些基本现象有了新的了解。例如，在放射性嬗变中所产生的热比十九世纪物理计算所预料的要多，到爱因斯坦提出了他的着名方程E＝mc，表明物质本身是一种能量形式之后，这个问题才得到解决。

同样，在某些放射性嬗变中所产生的电子的能量太少了。1931年，泡利并不认为这种现象违背了能量守恒定律，而且提出了这样的看法：这时不但产生了电子，还产生了另一种粒子——中微子，中微子带走了其余的能量。他的看法是对的。

科学百科知识系列

艾萨克 · 阿西莫夫

Isaac Asimov

1920－1992

美国著名科幻小说家、科普作家、文学评论家，是美国科幻小说黄金时代的代表人物之一。

阿西莫夫一生著述近500本，题材涉及自然科学、社会科学和文学艺术等许多领域，与儒勒·凡尔纳、赫伯特·乔治·威尔斯并称为科幻历史上的三巨头，同时还与罗伯特·海因莱因、亚瑟·克拉克并列为科幻小说的三巨头。

其作品中以《基地系列》、《银河帝国三部曲》和《机器人系列》三大系列被誉为“科幻圣经”。曾多次获代表科幻界最高荣誉的雨果奖和星云终身成就大师奖（雨果奖7次、星云奖3次、轨迹奖2次）。小行星5020、《阿西莫夫科幻小说》杂志和两项阿西莫夫奖都是以他的名字命名。

他提出的“机器人学三定律”被称为“现代机器人学的基石”。

稿件搜集 | 靳淞

文字编辑 | 清皓

排版 | 王俞萱

审核 | 圈