Дифракция: что на самом деле происходит в щели - физиков.нет
0 голосов
/ 13 августа

Я не физик, а любопытный читатель, и я пытаюсь понять эксперимент со щелью, и все это имеет смысл, если я признаю, что сама щель не имеет активного влияния ... может кто-нибудь объяснить, что на самом деле происходит вщель, учитывая, что, даже если он имеет толщину всего в один атом, он все еще имеет материальное присутствие?Очень ценю любую помощь в понимании этого. Спасибо, Фрэнсис

Ответы [ 2 ]

4 голосов
/ 14 августа

Лучший способ представить это, не углубляясь в математику, - это, как предполагает комментарий Соломона.Представьте себе пруд со стеной посередине и представьте, что в стене есть щель посередине.Если есть волны с волновыми фронтами, параллельные стене, ударяющие о стену с одной стороны, часть волны пройдет и сформирует более круглую волну.

enter image description here

В эксперименте со щелями, конечно, вместо водных волн используются световые волны, поэтому поведение будет немного другим.Например, ширина щели будет определять, какие длины волн света будут дифрагировать.Скажем, щель имеет ширину $d$, тогда свет с длиной волны $\lambda\approx d$ будет дифрагирован.Это также можно проиллюстрировать на пруду:

enter image description here

Если щель больше длины волны, волны будут вести себя так же, как в «большом зазоре»изображение выше.По мере того, как зазор становится больше, волновые фронты справа от зазора будут становиться все ближе и ближе к параллельности волновым фронтам слева от зазора (таким образом, не дифрагируя).Таким образом, в случае света щель толщиной всего в один атом покажет свое присутствие, когда через щель будет проходить свет с длиной волны, равной размеру атома ($\sim10^2\text{pm}$), и он будет дифрагирован.

1 голос
/ 14 августа

Фотон - это волна в электромагнитном поле, которая определяет электрические и магнитные компоненты.
Фотоны также могут рассеиваться (изменение направления) при взаимодействии с электронами в веществе, и это является основной причиной дифракции.(Также фотоны создаются только электронами (в основном в атомах) и поглощаются только электронами в атомах).

Взаимодействие фотонов с веществом регулируется уравнениями Максвелла и Френеля, которые управляют отражением, передачей,и отклонение световых лучей с использованием коэффициентов магнитной и электрической восприимчивости любого данного материала и электромагнитных переменных света.
Какие фотоны и насколько сильно они взаимодействуют при прохождении через апертуру, также обусловлены вероятностью (Квантовая механика) илиКогда имеется много фотонов, их можно моделировать классически (в среднем).
Любая апертура (даже обруч) создаст эффект прохождения света через него, и вы можете увидеть вики о диске Эйри для круглой апертуры.

Что интересно в апертуре, так это не только это «рассеяние» света, но и тот факт, что «интерференционные» узоры также образуются при просмотре фотонов на экране.Эта «интерференция» может рассматриваться в более старой классической теории как фотоны, взаимно исключающие друг друга в темных областях (но с нарушением сохранения энергии), или может рассматриваться квантово-механически (волновая функция света), где было показано, что темные области находятся там, где нетфотоны падают.
В объяснении «волновой функции фотона» QM свет должен проходить путь, кратный его длине волны (Фейнман), поэтому определенные пути невозможны (темные области - без фотонов), а яркие области содержат всефотоны.Это похоже на то, как свет ведет себя в резонаторе лазера, например.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...