Я понимаю, что дифракция — это искривление света вокруг острых краев. Используя теорию Гюйгенса, можно объяснить это, представив плоскую волну, ударяющуюся о щель. Обычно каждая точка на плоской волне действовала бы как сферический волновой фронт, и общая огибающая всех этих волновых фронтов также была бы плоской волной. Когда часть этой волны блокируется препятствием, «самая верхняя или самая нижняя» часть новой волны будет распространяться сферически, поскольку больше нет ничего выше или ниже, чтобы сгладить волновой фронт. Следовательно, наш волновой фронт теперь выглядит примерно так:
Я знаю, что это также можно объяснить с помощью принципа неопределенности, но моя цель — правильно понять теорию Гюйгенса.
В любом случае, как мы видим, волновой фронт уходит в геометрическую тень. Все это хорошо, но я, кажется, не понимаю, откуда берутся «бахромы». Теория Гюйгена, кажется, объясняет, почему свет огибает препятствия, но не объясняет, почему мы должны получить полосатую картину в случае единственной щели.
Во многих книгах предполагается, что это связано с тем, что вторичные источники на этом новом «полукруглом» волновом фронте производят сферические волны, которые интерферируют друг с другом, создавая точки конструктивной и деструктивной интерференции. Мне кажется, что это взаимодействие с самим собой не имеет смысла.
В случае простого эксперимента с двумя щелями идея двух отдельных волновых фронтов, интерферирующих друг с другом, создает яркие и темные полосы, кажется, имеет смысл.
А теперь представьте себе один источник, от которого волновой фронт распространяется во всех направлениях, т. е. источник со сферическим волновым фронтом. Теперь предположим, что перед источником есть экран. На экране будет равномерное распределение интенсивности. Однако, если я сейчас поставлю одну щель между источником и экраном, на картине интенсивности появятся полосы. Случай со щелью объясняется тем, что после выхода волны из щели каждая точка действует как вторичный источник, и волны от этих источников интерферируют конструктивно и деструктивно. Однако если бы щели не было, то и тогда каждая точка сферического волнового фронта действовала бы как вторичный источник. Однако мы не рассматриваем интерференцию волн от этих вторичных источников при отсутствии щели. Еще,
В любом сценарии каждая точка волнового фронта действует как вторичный источник. Однако после прохождения препятствия эти вторичные источники интерферируют друг с другом, создавая яркие и темные узоры. Но, используя эту логику, если мы просто рассмотрим простое распространение света от точечного источника, то каждая точка на этом сферическом волновом фронте также должна действовать как вторичные источники, которые должны мешать друг другу. Однако это вызовет дифракционную картину на любом экране независимо от наличия препятствия.
Может ли кто-нибудь помочь мне понять это.
(Я знаю, как появляются полосы, используя интегрирование по волне, а затем нахождение условий максимума и минимума. Я просто хочу понять это, используя принцип Гюйгенса). Если свет интерферирует сам с собой, то не должны ли мы повсюду видеть темные и яркие полосы? Зачем нам щель?
Принцип Гюйгенса не объясняет интерференцию. Это относится к некогерентным волнам. Вам нужна волновая теория, чтобы описать интерференцию, возникающую в результате когерентности волн.
«В противном случае мы получили бы узор из ярких и темных полос, просто направив свет на объект». Эти полосы существуют, но они движутся со скоростью света или чередуются со скоростью света. Они не образуют стационарной интерференционной картины.
Нам нужно возмущение, такое как щель, чтобы получить стационарную картину.
Когда я недавно смотрел на это, я нашел весьма поучительным численное моделирование освещенной щели в виде большого количества двумерных «точечных источников», расположенных в линию. На самом деле вашей модели не нужно включать очень много таких источников, прежде чем вы сможете увидеть «полосы» в виде областей конструктивной и деструктивной интерференции, радиально расходящиеся от краев щели.
Интерференция для света — вводящая в заблуждение идея, но ее учат, потому что она имеет ценность на начальном уровне. В двойной щели или одинарной щели для света светлые области имеют всю энергию (фотоны), а темные области - нет (нет фотонов). В высшей (магистерской) физике интеграл Фейнмана по путям является общепринятым объяснением «интерференции». Интеграл рассматривает все пути и суммирует амплитуду, например, компьютерный симулятор вычисляет длину пути для многих путей от источника через различные пути в щелях ко всем возможным точкам экрана. При отслеживании фазы амплитуды суммируются, в результате пути, кратные длине волны (т. е. резонансные), становятся предпочтительными путями, а в некоторых путях сумма амплитуд равна нулю!
На этом сайте есть несколько хороших примеров, поищите «Интеграл по траекториям Фейнмана».
В любом сценарии каждая точка волнового фронта действует как вторичный источник.
Я думаю, это то, что смущает вас. Как только волновой фронт сформирован, нет причин, по которым он должен взаимодействовать сам с собой, потому что все движется с одной и той же «скоростью», фазой (вот что такое волновой фронт). Как только вы вставляете препятствие, вы деформируете этот волновой фронт и генерируете новые — они будут мешать и генерировать интерференционную картину.
Кроме того, плоская волна также генерирует интерференционную картину ... (просто представьте, что плоский волновой фронт формируется «краевой» частью бесконечного числа сферических волн).
Гарип
Рэй Палмер
Рэй Палмер
Гарип
Рэй Палмер
Рэй Палмер
Гарип
Гарип
Гарип
Рэй Палмер
Рэй Палмер
ФизикаДэйв