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[2011A题优秀论文] 基于光的波粒二象性一种猜想的数学仿真

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发表于 2012-9-15 08:36 |只看该作者 |倒序浏览

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题目基于光的波粒二象性一种猜想的数学仿真
摘要：
本文将光微子结构模型与电磁场能量模型相结合，建立了光子的数学物理模型，解释了光的单缝衍射、双缝干涉、N缝干涉及偏振等常见光学现象。
根据碰撞原理，本文建立了光子通过狭缝后的散射角角度服从正态概率分布的散射模型，并得出了关于波缝比(aλ)的标准差函数，能够很好地解释光子通过狭缝的散射现象。
基于本文的光子模型，对单缝衍射现象进行了推导和模拟。在通过透镜后，若干个光子在接收屏上的电场与磁场强度进行叠加，计算得到单缝衍射的光强空间分布与狭缝宽度、光子波长相关的具体函数表达形式。在散射角较小的情况下，其与由波动理论得出的光强分布公式具有相同的数学表达形式。通过计算机仿真，分析了波长和缝宽对单缝衍射光强空间分布的影响，进而结合碰撞原理，得到了与经典波动理论相吻合的仿真结果。
在单缝衍射的基础上，建立了双缝干涉及N缝干涉的数学模型。通过光子场强叠加计算，推导了双缝干涉和N缝干涉的光强空间分布函数表达式，合理的解释了光子波长、双缝间距、缝宽、光栅常数等参数对光强空间分布的影响。此后，将双缝干涉的计算机仿真结果与经典波动理论所得的结果进行了比较，证实了散射角较小的范围内两者具有相同的形式，N缝干涉光的仿真结果与经典波动理论的结论也具有一致性。
为了进一步验证模型的正确性，本文还对光的偏振进行了建模分析，阐释了光子的偏振机理模型。充分考虑了粒子的随机性和偏振现象的统计特性，通过蒙特卡罗模拟获得到100组实验结果，得出了偏振过程中大约有50%的光子对可以通过偏振片的结论，与经典波动理论获得的结论一致。
综上所述，光子的数学物理模型在单缝衍射、双缝干涉、N缝干涉以及偏振的解释上得到了与经典波动理论极为符合的数学表达和模拟结果，充分证明了该模型的正确性和有效性，证实了诸多猜想的合理性。
关键词：光微子电磁场光子数学物理模型散射光学现象仿真模拟