Що таке інтерференція?

Інтерференція – зміна в характері звукових, теплових, світлових і електричних явищ, пояснюване коливальним рухом: у першому випадку частинок звучного тіла, в інших трьох – коливанням.

Інтерференція світла – окремий випадок інтерференції для видимої області електромагнітного спектра;

Хвилі – один з двох шляхів перенесення енергії в просторі (інший шлях – корпускулярний, за допомогою часток). Хвилі зазвичай поширюються в якійсь середовищі (наприклад, хвилі на поверхні озера поширюються у воді), однак напрям руху самого середовища не збігається з напрямком руху хвиль.

Явище інтерференції відбувається при взаємодії двох і більше хвиль однакової частоти, що поширюються в різних напрямках. При цьому воно спостерігається і у хвиль, що поширюються в середовищах, і у електромагнітних хвиль. Тобто інтерференція є властивістю хвиль як таких і не залежить ні від властивостей середовища, ні від її наявності.

Найвражаюче відбувається в точці зустрічі двох хвиль рівної амплітуди, що досягли місця зустрічі в протифазі (тобто коли пік максимуму амплітуди однієї хвилі накладається на пік мінімуму амплітуди інший). У такому випадку, одна хвиля передає поверхні інструкцію «піднятися на 1 м», а інша – «опуститися на 1 м», в результаті чого поверхня води просто залишається на місці. У цьому випадку на воді ми спостерігаємо точку штилю. В акустиці – мертву точку. В оптиці – точку повного затемнення. Це явище називається інтерференційних гасінням хвиль, або деструктивною інтерференцією.

Можлива і прямо протилежна ситуація, коли дві хвилі зустрічаються в точці збігу фаз, і амплітуди коливань середовища складаються (при рівній амплітуді зустрілися хвиль, наприклад, амплітуда лінійних коливань середовища подвоїться). Це явище називається інтерференційних посиленням хвиль, або конструктивною інтерференцією. Хвилі на поверхні води в таких точках будуть найвищими, звуки – найгучнішими, світло – найяскравішим. Природно, є безліч проміжних значень інтерференційної амплітуди коливань, що лежать в межах від повністю конструктивної до повністю деструктивної інтерференції, які утворюють химерну і в той же час упорядковану інтерференційну картину взаємодії хвиль.

Ефект інтерференційного гасіння дозволяє судити, маємо справу з хвилею або з часткою. Фактично, саме явище інтерференції світла остаточно переконало вчених XIX сторіччя в його хвильову природу.

Одним з найпростіших експериментальних доказів став досвід британського вченого Томаса Юнга. Пучок світла прямував на непрозорий екран-ширму з двома паралельними прорізами, позаду якого був встановлений другий, проекційний екран. Якби світло складалося з частинок, на проекційному екрані були б всього дві паралельні смуги світла, що пройшли через прорізи ширми. А між ними проекційний екран залишався б практично неосвітленим.

Якщо ж, з іншого боку, світло являє собою поширюються хвилі, картина повинна спостерігатися принципово інша. Згідно з принципом Гюйгенса, кожна проріз є джерелом вторинних хвиль. Ці хвилі, зокрема, досягли б лінії в середині екрану, що знаходиться на рівному віддаленні від прорізів синхронно і в одній фазі – гребінь до гребеню, провал до провалу. Значить, на серединній лінії екрану виявилося б виконаним умова максимального інтерференційного підсилення, і там повинен спостерігатися максимум яскравості. Тобто найвища яскравість виявиться саме там, де вона повинна бути практично нульовий в разі справедливості корпускулярної гіпотези світла. На якомусь віддаленні від центральної лінії, навпаки, хвилі повинні опинитися в протифазі, і там буде спостерігатися темна смуга. У міру подальшого віддалення від середньої лінії яскравість буде знову зростати до максимуму, потім знову спадати і т. д. Таким чином, на проекційному екрані ми повинні отримати цілий ряд чергуються інтерференційних смуг. І досвід Юнга це з блиском підтвердив, розвіявши всі сумніви в хвильову природу світла.

Сюрприз чекав фізиків сторіччям пізніше, коли через аналогічний екран з двома щілинами пустили пучок електронів. З'ясувалося, що і вони утворюють на проекційному екрані чітку інтерференційну картину з чергуванням «світлих» і «темних» смуг. Отже, для електронів дійсно виконується співвідношення де Бройля, хоча всі звикли вважати їх частками!

Інтерференція сьогодні широко застосовується в експериментальній фізиці, будучи покладена в основу дії вимірювального приладу під назвою інтерферометр. Інтерферометри бувають самих різних конструкцій, в залежності від того, що саме вони повинні вимірювати, але принцип роботи у будь-якого інтерферометра один і той же: промінь розбивається на два синфазних променя за допомогою використання частково пропускає промінь дзеркала, після чого один промінь прямує на екран безпосередньо, а інший – через досліджуваний зразок (конструкція приладу і частоти променів можуть бути самими різними залежно від об'єкта досліджень). У звичайно підсумку обидва променя потрапляють на реєстраційний екран, і за отриманою інтерференційної картині можна з великою точністю судити про властивості досліджуваного зразка, оскільки зсув інтерференційних смуг дозволяє відстежувати найменші зміщення фази променя в результаті взаємодії з досліджуваним речовиною. Інтерферометри дозволяють реєструвати затримки світлового променя на час значно менше напівперіоду світлової хвилі. Саме досвід Майкельсона-Морлі, проведений з використанням точного інтерферометра і не виявив ефірного вітру, змусив учених остаточно відмовитися від ідеї світового ефіру.

Джерела

Елементи.ru – Інтерференція.

Вікіпедія – Інтерференція.

AllBest.ru – Інтерференція.


Category: Наука та освіта

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply