Дифракция света: вопросы и ответы

Свет всегда был загадочен и притягателен для человека. Он ассоциировался с высшими силами. Свет дарил жизнь – и люди понимали это с самых древних времен. Тому доказательство – культы источника света – Солнца. И потому все явления, которые человек не мог объяснить на основе тех знаний, которые имелись, занимали его чрезвычайно. Одно из таких явлений, которые внимательный человек обычно замечает, - дифракция света. Что же это такое?

Увидеть явление можно воочию, если пропустить луч света через узкое отверстие и посмотреть на пятно света, которое прошло через него. Мы увидим, что вокруг границы – чередующиеся темные и светлые полосы. Почему мы видим именно такую картину?

Дело в том, что волны в некоторых точках вокруг пятна усиливают друг друга, а в некоторых, напротив, находятся в противофазе, а потому гасят друг друга. Конкретные геометрические параметры получившейся картины зависят от длины волны (поэтому для волн красного и зеленого света будет разная картина дифракции) и диаметра светового пучка. Он становится из цилиндрического коническим. В этом и заключается дифракция света. А само явление взаимодействия волн называется интерференцией. Такое название явление получило в 19 веке. Интерференция и дифракция света – явления, которые чаще всего описываются в учебниках физики.

В чем практическое применение этого физического явления? Его учитывают при создании оптических приборов (фотоаппаратов, микроскопов, телескопов), ведь все они имеют объектив, который своей оправой ограничивает световой пучок.

Различают дифракцию в ближней зоне (точка, на которую падает конкретный луч, близка к препятствию). Это явление носит имя дифракция Френеля. А вот если дифракция происходит в дальней зоне (взаимодействующие лучи почти параллельны), то физик ее назовет дифракцией Фраунгофера. У нее есть любопытное свойство: если отверстие достаточно велико, то дифракция останется незаметной.

Также в учебнике физики мы сталкиваемся с термином дифракционная решетка. Что это такое? Оптический прибор, который представляет собой прозрачную либо отражающую пластинку с нанесенными параллельными штрихами. Когда через него проходит белый свет, можно увидеть разделение света на спектр. Да, решетка становится окрашенной в цвета радуги. Призма дает лишь один спектр, а решетка – несколько. Он не один, потому что свет дробится на пучки, образованные разными полосами, а спектры тем длиннее, чем больше угол отклонения излучения от изначального направления.

Однако ведь можно пропускать через решетку не только белый свет. А еще и свет, пропущенный через некоторое вещество. Такая процедура называется спектральный анализ и позволяет выявить состав исследуемых образцов. По тому, какие лучи остались после пропускания через дифракционную решетку, можно выявить, с чем исследователь имеет дело.

Да и вы тоже видели дифракционную решетку, точно, видели. Сомневаетесь? Это было, когда вы в последний раз держали в руках диск для компьютера. А он красиво играл всеми цветами радуги. Вы наблюдали, сами того не осознавая, явление дифракции света. Области на диске, на которых записаны данные, имеют микроскопического размера бугорочки (поэтому диск так чувствителен к повреждениям), а запись производится по кругу, поэтому поверхность лазерного диска – сплошная дифракционная решетка.

Однако рассмотрим явление дифракции более пристально. И выясним, что собой представляет дифракция света, если объяснять простым языком. Итак, если лучи встретятся с непроницаемым препятствием, то лучи, проходящие рядом с самим этим краем, не идут прямо, волны будто бы огибают препятствие, которые им встретилось на пути. Благодаря этому процессу волна способна полностью огибать объекты, которые не больше ее длины.

Успехов в изучении физики!