Ich verstehe, dass Beugung das Biegen von Licht um scharfe Kanten ist. Unter Verwendung der Theorie von Huygens erklärt man dies, indem man sich eine ebene Welle vorstellt, die auf einen Spalt trifft. Normalerweise würde jeder Punkt auf der ebenen Welle als sphärische Wellenfront wirken, und die gemeinsame Hüllkurve all dieser Wellenfronten wäre ebenfalls eine ebene Welle. Wenn ein Teil dieser Welle durch ein Hindernis blockiert wird, würde sich der „oberste oder unterste“ Teil der neuen Welle kugelförmig ausbreiten, da es nichts mehr darüber oder darunter gibt, um die Wellenfront abzuflachen. Daher sieht unsere Wellenfront jetzt eher so aus:
Ich weiß, dass dies auch mit der Unschärferelation erklärt werden kann, aber mein Ziel ist es, die Theorie von Huygens richtig zu verstehen.
Jedenfalls breitet sich die Wellenfront, wie wir sehen können, in den geometrischen Schatten aus. Nun, das ist alles schön und gut, aber ich scheine nicht zu verstehen, woher die "Fransen" kommen. Huygens Theorie scheint zu erklären, warum sich Licht um Hindernisse herum krümmt, aber nicht, warum wir im Falle eines einzelnen Schlitzes ein Streifenmuster erhalten sollten.
Viele Bücher legen nahe, dass dies daran liegt, dass die sekundären Quellen auf dieser neuen „halbkreisförmigen“ Wellenfront sphärische Wellen erzeugen, die miteinander interferieren, um Punkte konstruktiver und destruktiver Interferenz zu erzeugen. Diese Selbstinteraktion erscheint mir nicht sinnvoll.
Im Fall des einfachen Doppelspaltexperiments scheint die Idee von zwei getrennten Wellenfronten, die sich gegenseitig interferieren, um helle und dunkle Bänder zu erzeugen, sinnvoll.
Aber stellen Sie sich jetzt eine einzelne Quelle vor, von der sich die Wellenfront in alle Richtungen ausbreitet, dh eine Quelle mit einer kugelförmigen Wellenfront. Nehmen wir nun an, vor der Quelle befindet sich ein Bildschirm. Auf dem Schirm würde sich eine gleichmäßige Intensitätsverteilung ergeben. Wenn ich nun jedoch einen einzelnen Spalt zwischen Quelle und Schirm einbaue, würde das Intensitätsmuster Streifen zeigen. Der Fall mit dem Schlitz wird erklärt, indem gesagt wird, dass jeder Punkt, nachdem die Welle aus dem Schlitz ausgetreten ist, als sekundäre Quelle fungiert und die Wellenformen von diesen Quellen konstruktiv und destruktiv interferieren. Wenn es jedoch keinen Spalt gäbe, würde selbst dann jeder Punkt auf der sphärischen Wellenfront als sekundäre Quelle wirken. Wir berücksichtigen jedoch nicht die Interferenz der Wellen dieser sekundären Quellen in Abwesenheit eines Schlitzes. Anders,
In jedem Szenario fungiert jeder Punkt auf einer Wellenfront als sekundäre Quelle. Nachdem sie jedoch ein Hindernis passiert haben, interferieren diese sekundären Quellen miteinander, um helle und dunkle Muster zu erzeugen. Aber mit dieser Logik, wenn wir nur die einfache Ausbreitung von Licht von einer Punktquelle betrachten, dann sollte jeder Punkt auf dieser sphärischen Wellenfront auch als sekundäre Quellen wirken, die sich gegenseitig stören sollten. Dies würde jedoch unabhängig vom Vorhandensein eines Hindernisses auf jedem Bildschirm ein Beugungsmuster verursachen.
Kann mir jemand helfen, dies zu verstehen.
(Ich weiß, wie die Streifen erscheinen, indem ich eine Integration über eine Welle verwende und dann Bedingungen für Maxima und Minima finde. Ich möchte dies nur verstehen, indem ich das Huygens-Prinzip anwende). Wenn Licht mit sich selbst interferiert, sollten wir dann nicht überall dunkle und helle Bänder sehen? Warum brauchen wir einen Schlitz?
Das Prinzip von Huygens erklärt keine Interferenz. Es gilt für inkohärente Wellen. Sie benötigen die Wellentheorie, um Interferenzen zu beschreiben, die aus Wellenkohärenz resultieren.
"Sonst würden wir ein helles und dunkles Bandmuster erhalten, indem wir einfach Licht auf ein Objekt strahlen lassen." Diese Bänder existieren, aber sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit oder wechseln sich mit der Frequenz des Lichts ab. Sie bilden kein stationäres Interferenzmuster.
Wir brauchen eine Störung wie einen Schlitz, um ein stationäres Muster zu erhalten.
Als ich mir dies kürzlich ansah, fand ich es ziemlich lehrreich, eine numerische Simulation des beleuchteten Schlitzes als eine große Anzahl von 2D-„Punktquellen“, die in einer Linie angeordnet waren, durchzuführen. Ihr Modell muss eigentlich nicht sehr viele dieser Quellen enthalten, bevor Sie beginnen können, die „Ränder“ in Form von Bereichen konstruktiver und destruktiver Interferenz zu sehen, die sich radial von den Rändern des Schlitzes ausbreiten.
Interferenz für Licht ist eine irreführende Idee, aber sie wird gelehrt, weil sie auf Anfängerniveau einen Wert bietet. Beim Doppelspalt oder Einzelspalt für Licht haben die hellen Bereiche die gesamte Energie (Photonen) die dunklen Bereiche keine (keine Photonen). In der höheren (Meister-)Physik ist das Feynman-Pfadintegral die akzeptierte Erklärung für die "Interferenz". Das Integral betrachtet alle Pfade und summiert die Amplitude, zum Beispiel würde eine Computersimulation die Pfadlänge für viele Pfade von der Quelle durch verschiedene Pfade in den Schlitzen zu allen möglichen Bildschirmpunkten berechnen. Indem die Phase verfolgt wird, werden die Amplituden summiert, was dazu führt, dass Pfade, die ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge sind (dh solche, die resonant sind), zu bevorzugten Pfaden werden, und in einigen Pfaden summiert sich die Amplitude zu Null!
Es gibt einige gute Beispiele auf dieser Seite, suchen Sie nach "Feynman path integral".
In jedem Szenario fungiert jeder Punkt auf einer Wellenfront als sekundäre Quelle.
Ich glaube, das verwirrt dich. Sobald die Wellenfront gebildet ist, gibt es keinen Grund, warum sie mit sich selbst interagieren sollte, da sich alles mit der gleichen "Geschwindigkeit", Phase bewegt (das ist, was eine Wellenfront ist). Sobald Sie ein Hindernis einfügen, verformen Sie diese Wellenfront und erzeugen neue - sie werden interferieren und das Interferenzmuster erzeugen.
Außerdem erzeugt eine ebene Welle auch ein Interferenzmuster ... (stellen Sie sich einfach vor, dass die ebene Wellenfront durch den "Rand" -Teil einer unendlichen Anzahl von Kugelwellen gebildet wird).
Garyp
RayPalmer
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PhysikDave