Как принцип Гюйгенса-Френеля применим к дифракции?

Принцип Гюйгенса-Френеля применим как к вакуумным, так и к невакуумным средам, т. е. не обязательно должен быть какой-либо основной материал с физическими частицами, такими как электроны.

Это скорее геометрическая концепция, показывающая, как можно предсказать распространение волны, рассматривая каждую точку фронта волны как новый источник вейвлета. Это не говорит о том, что эти источники действительно существуют.

Единственная характеристика сред, которую необходимо учитывать для предсказания рефракции по принципу Гюйгенса–Френеля, — это скорость распространения волны, которая может быть разной для разных сред, причем скорость в вакууме с, конечно, является наибольшей.

Я думаю, что ваше замешательство связано с идеей «излучателей». Принцип Гюйгенса не требует реальных излучателей; в нем просто говорится, что каждая точка на волновом фронте действует как новый излучатель сферического волнового фронта, а волновые фронты ниже по потоку действуют так, как если бы они были линейной суммой волновых фронтов, излучаемых этими воображаемыми излучателями вверх по течению. Свет, распространяющийся в свободном пространстве без препятствий, подчиняется принципу Гюйгенса.

Если волновой фронт блокируется в любом месте маской с апертурой точечного отверстия, немного превышающей длину волны заблокированной волны, на стороне выхода апертуры появляется волна, очень близкая к сферической. Это наблюдение лежит в основе принципа Гюйгенса. На самом деле не имеет значения, из чего сделана маска.

Вы совершенно правы. Свет взаимодействует с электронами на экране. Если экран полностью закрыт, это генерирует индуцированную волну, противоположную по фазе падающей волне, так что в сумме получается темнота (тень).

Когда есть только небольшое препятствие (волос или тонкая медная проволока), это создаст дифракционную картину в соответствии с принципом Гюйгенса с точками на проволоке как излучателями для наведенного поля.

Теперь принцип Бабине. Проволока является дополнением экрана с щелью. Их индуцированные поля противоположны по фазе, но в остальном идентичны.

Таким образом, стандартное лечение щели — это короткий путь. Интегрировать до бесконечности экрана от краев щели нецелесообразно. Бабине говорит нам, что получается один и тот же профиль интенсивности.

В вашем примере с преломлением свет изгибается из-за того, что он медленнее проходит через второй (более плотный) материал. Если бы он ехал с той же скоростью, то не погнулся бы. Можно сказать, что это делают частицы, потому что именно частицы замедляют свет.

В примере с дифракцией предполагается, что свет везде распространяется с одинаковой скоростью. Но когда он движется к плоскому экрану, он проходит разные расстояния, чтобы достичь разных частей экрана. И свет от разных частей щели также проходит разные расстояния до одной и той же точки на экране. Отсюда мне это кажется странным.

Предположим, что весь свет распространяется во всех направлениях. Если ширина щели составляет 5 длин волн, то в одном направлении на экран одновременно будет приходить свет высотой 4 последовательных волны. Потому что есть большая разница в расстоянии, которое они преодолевают. И все отменят. Чуть поодаль встретятся 4,5 волны, и 4 из них погаснут, оставив только 1/9 часть света, чтобы что-то показать.

Итак, теория говорит, что ВЕСЬ свет распространяется во ВСЕХ направлениях (или, по крайней мере, на 180 градусов, во всех направлениях вперед), но большая его часть нейтрализуется. Если подумать, это почти так же нелепо, как фотонная теория.

Я думаю, что это лучше сделать с полукруглым экраном вместо плоского. Таким образом, вся разница в расстоянии, которое проходит свет, связана с щелью. Кроме того, у вас может быть щель на конце конуса и круглый экран, который поворачивается более чем на 180 градусов. Действительно ли часть света изгибается более чем на 90 градусов и направляется несколько назад? Вы никогда не узнаете, пока не измерите это.