В учебниках описание дифракции сразу же начинают со взаимоисключающего утверждения.
Т. И. Трофимова, “Курс физики”, “Высшая школа”, 1985г.
То есть, в широком смысле волны распространяются по законам геометрической оптики, но иногда, в узком смысле, начинают вести себя как какие-то другие волны.
И небольшая расшифровка, что же такое дифракция.
Т. И. Трофимова, “Курс физики”, “Высшая школа”, 1985г.
Это про ту дифракцию, которая в узком смысле. Заметим, что явление дифракции и у звуковых волн, и у водяных – это неотъемлемое свойство. Ситуаций в широком смысле, когда бы эти волны подпадали под законы геометрической оптики, просто, не бывает.
Вот давайте и рассмотрим за счет чего дифракция у волн происходит. Но лучше на примере водяной волны, поскольку ее вполне можно наблюдать даже визуально.
Собственно, распространение волны (волнового фронта) происходит, можно сказать, в двух направлениях сразу. С некоторой скоростью фронт движется «вперед» (v), и с некоторой скоростью, этот фронт расширяется(vr). При чем, пока радиус «водяного круга» составит 1 метр, длина окружности разрастется до 6.28 метров. А, например, две точки (А и В), отмеченные на волновом фронте в некий момент времени t1, в момент времени t2 окажутся гораздо дальше друг от друга, чем были в первый момент.
Происходит это, конечно же, не просто так. В результате такого расширения амплитуда волны уменьшается, то есть, энергия волны «размазывается» по все большей площади. Волна затухает.
Дифракция. Если на пути волны попадается препятствие, то часть волнового фронта отражается, а часть продолжает свое «размазывание» дальше.
или
Еще раз напомним: ни при каких обстоятельствах волна не теряет способность к дифракции. Поскольку дифракция лежит в основе существования, движения волны.
Зато волне никогда не изобразить “перевернутое изображение”. То есть, то что получается со светом в камере-обскуре, к волне применить невозможно.
–
С дифракцией синусоид Максвелла дела обстоят совсем просто: их дифракция невозможна. Синусоиды не умеют «заворачивать», и движением в стиле «расширения» не владеют.
–
И, наконец, давайте рассмотрим ситуацию со светом. Дифракции у света нет. И даже Гюйгенс об этом знал. Поскольку свет – частица. А частицы, как известно, заворачивать тоже не умеют, и не расширяются. Однако, ситуации, когда частицы несколько нарушают законы геометрической оптики, все же, случаются. Только это не какие-то там мифические случаи «отклонения», не всяческие «вдруг проявляющиеся волновые свойства» – это вполне конкретные случаи.
Например, если источник по размеру больше чем препятствие, и находиться достаточно близко, то некоторые фотоны имеют возможность залететь за препятствие.
Если источник отодвинуть подальше, то фотоны с косыми траекториями успеют разлететься еще до преграды и дифракционноподобная картинка потеряется. Получится самая обычная тень.
Более того, у частиц может быть и антидифракция (чего для волны принципиально невозможно). Это когда источник точечный (источник по размеру меньше преграды), и находится близко к преграде. Область тени гораздо больше, чем размер преграды.
И, наверное, нужно немного сказать про понятие «расхождение пучка». Собственно, никакого расхождения ПУЧКА – нет. Фотоны в пучке изначально имеют совершенно непредсказуемые траектории, и со временем разлетаются все дальше друг от друга. Даже после всяких ухищрений с выравниванием траекторий в лазерных установках, на 100 процентов это не удается.
