Page 222 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

S 代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能。而电磁波的平均能流密度称之为电磁波
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的强度 I，它正比于电场 E 的平方（I ∝E ）。另外，为了求出电磁场对带电粒子的作用从而
预言粒子的运动，还需要洛仑兹力公式

F  q E  q  B （11.4）

电磁波具有“波”的一般特性，如折射、反射、衍射、干涉等；另外还具有机械波等其
它波不具备的特性，如偏振、波-粒二象性等。这里重点讨论电磁波的干涉现象。当两束或
两束以上的电磁波在一定条件下相遇而叠加，引起电磁波强度的改变，从而在重叠区形成稳
定的、不均匀的强度分布，这种现象称为电磁波的干涉。叠加后强度增加，称为相长干涉；
叠加后强度降低，称为相消干涉。如图 11-3 所示，两列频率相同、振幅相同、振动平面相
同、传播方向相同的电磁波相互叠加，如果彼此相差一个波长或者相位差等于π的偶数倍（即
波峰对着波峰、波谷对着波谷）时，可发生完全相长干涉，叠加后波长不变，振幅相加（图
11-3a）；如果彼此相差半个波长或者相位差等于π的奇数倍（即波峰对着波谷、波谷对着波
峰）时，则发生完全相消干涉，叠加后合振幅为零或强度 I=0（图 11-3b）。
λ λ

a
2a

a. 完全相长干涉 波峰波谷相加

λ
a
I = 0
波峰波谷相消
b. 完全相消干涉

图 11-3 电磁波的干涉现象

假设两列无限长的电磁波并行叠加，它们的频率、振幅、振动平面和传播方向等完全相
同，但相位相反，叠加后将发生图 11-3b 所示的完全相消干涉，电磁波的强度 I=0。那么，
这是否意味着能量消失或能量不守恒呢？显然不是，就象拔河比赛一样，如果两边的力量相
等，中间的绳标保持静止不动，这只是合力为零，并非能量为零。同样，两列电磁波完全相
消干涉，只是矢量 E、B 相互抵消为零，并非能量或物质消失为零。事实上，在经典电磁理
论中，电磁场不仅可以用电场 E 和磁场 B 来描述，还可以用另一组物理量即标势φ和矢势 A
来描述，它们之间的关系为
A
E    （11.5）
t 
B    A （11.6）
不过在经典电磁学中，φ和 A 都被认为是用来求 E 和 B 的辅助量，并不具有真实的物理含义。
但是，在量子物理学中情况有了变化。1959 年阿哈罗诺夫（Y.Aharonov）和玻姆（D.Bohm）
提出了φ和 A 有直接的物理效应，即所谓 A-B 效应。他们设计了一个类似于电子双缝干涉的
实验，不同之处在于缝屏后面两缝之间放置了一个通电螺线管，管外磁感应强度 B=0，但矢
势 A≠0，当电子通过 E、B 为零的区域时，仍将受到矢势 A 的作用，可使电子干涉条纹的位
置发生移动。此后不久，有人做了这个实验，并观察到了 A-B 效应。这说明，标势φ和矢势

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