Bei dem Versuch, die Beugung zu verstehen, stoße ich immer wieder auf das Huygens-Prinzip als das Warum hinter der Beugung, und ich glaube, ich verstehe das Prinzip selbst gut. Ich hatte jedoch gehofft, eine Erklärung dafür zu finden, warum genau das Prinzip von Huygens erklärt, was bei elektromagnetischer Strahlung passiert.
Ich kann es leicht mit Ton visualisieren – ein bestimmtes Partikel wird nach vorne in ein anderes Partikel oder eine Gruppe von Partikeln geschleudert. Sie treffen wahrscheinlich nicht frontal auf, so dass sich das zweite Teilchen oder die zweite Gruppe von Teilchen in genau die gleiche Richtung bewegt, in die sich das erste bewegt hat, aber ich stelle es mir eher vor wie Billardkugeln, die mit der Wirkung der Teilchen in verschiedenen Winkeln aufschlagen sich in alle Richtungen ausbreiten. Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber das macht für mich Sinn mit dem, was Huygen gesagt hat. Ich kann sehen, wie Wasserwellen auf ähnliche Weise dem Huygen-Prinzip folgen würden.
Aber in EM gibt es kein Medium und es bewegen sich keine Teilchen, also würde sich das Feld irgendwie genauso verhalten wie die Teilchen in Schall- oder Wasserwellen?
Ich würde hoffen, eine intuitive Erklärung zu bekommen, aber wenn ich in meinem Denken völlig falsch liege und die einzige Erklärung die einer reinen Wellenanalyse ist (wie überhaupt nicht an Partikel denken und sich auf Mathematik konzentrieren), dann habe ich würde gerne wissen.
Ich habe den Verdacht, dass diese Frage mit meiner Frage zusammenhängt, aber sie geht mir etwas über den Kopf, obwohl ich daran arbeite, sie zu verstehen.
In EM entspricht das Prinzip von Huygens der auf Vektorfelder verallgemeinerten Kirchhoff-Formel http://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%27s_diffraction_formula , die das Beugungsfeld als Summe elementarer Kugelwellen ausdrückt. Nach einer klassischen Erklärung von Kottler oder Stratton & Chu: Diffraction Theory of EM Waves, Phys.Rev. 1939., kann das, was die Wellen am Rand beugt, als ein Stromfeld betrachtet werden, das durch das einfallende Feld entlang des Randes induziert wird.
Sie können sich das Huygens-Prinzip eher als mathematisches Prinzip denn als physikalisches Prinzip vorstellen. Wie in der anderen Antwort kann das Huygens-Prinzip ungefähr als Neuformulierung des Kirchhoff-Beugungsintegrals angesehen werden und gilt immer dann, wenn das zugrunde liegende Wellenfeld die Helmholtz-Gleichung erfüllt:
Es funktioniert also für Licht genauso gut wie für Schall, weil die Helmholtz-Gleichung auf beide Phänomene anwendbar ist. Der Unterschied zwischen der Physik der beiden Phänomene drückt sich in der Art aus, wie Sie die Helmholtz-Gleichung als Beschreibung der jeweiligen Phänomene herleiten: Wenn Sie die Helmholtz-Gleichung haben, ist alles Mathematik von da an.
Vielleicht finden Sie meine Antwort hier anwendbar und nützlich für Ihre Anfrage.
Ich hoffe, das klingt nicht abwertend für Ihre Zweifel, denn Ihre Frage ist gut: Sie haben bewundernswert Recht, wenn Sie die Anwendbarkeit in Frage stellen, wenn die Physik der beiden Phänomene so unterschiedlich zu sein scheint.
Ohne die Annahme, dass Sekundärquellen tatsächlich existieren, und ohne die Annahme eines bestimmten Wellentyps, kann man zeigen, dass die Wellenfunktion in einem Gebiet, das keine Quellen enthält, aufgrund von Primärquellen außerhalb dieses Gebiets so ist, als ob die Primärquellen durch a ersetzt worden wären Verteilung "sekundärer" Quellen auf der Grenzfläche dieser Region. Ich habe versucht, dies von Grund auf in „ Consistent derivation of Kirchhoff’s integral theorem and diffraction formula and the Maggi-Rubinowicz transformation using high-school math “ zu zeigen.