Еще одно явление могло бы послужить аргументом в пользу теории
Гюйгенса, если бы о нем своевременно вспомнили. Уже в 1650 г.
итальянский ученый Фран-ческо Гримальди (1618-1663), наблюдая тень
тонкой нити, заметил, что при соответствующем освещении эта тень
окружена цветными полосками; подобные полоски видны и внутри самой тени.
Явление получило название дифракции-, сущность его заключается в том,
что при встрече с любым препятствием волна слегка отклоняется от своего
прямого пути. На рис. 23 изображен один из вариантов опыта Гримальди.
Точно в центре тени освещенного диска имеется светлое пятно1.
Явление дифракции целиком и полностью можно объяснить на основе принципа
Гюйгенса; границы нити, которых достигла первоначальная волна, также
служат источниками новых элементарных волн. И некоторое количество света
граничных источников попадает в область тени. При этом возникают
интерференционные явления. Чтобы лучше понять, как это происходит,
рассмотрим параллельный монохроматический пучок света, проходящий через
узкую щель.
' На рис. 23 сильно нарушены пространственные масштабы. Отношение
диаметра диска к расстоянию до экрана составляет в действительности
около 1 : 1000.
Рис. 23. Дифракция света на непрозрачном диске.
В центре тени образуется светлое пятно.
Рис. 24. Дифракция света на простой щели.
Показан один произвольно выбранный пучок. Максимум 1-го порядка Минимум
1-го порядка Максимум 0-го порядка
На рис. 24 щель изображена в увеличенном масштабе, а ее
границы, перпендикулярные плоскости чертежа, обозначены буквами А и В.
Свет падает на щель слева, так что в ней формируется волновой фронт.
Большая часть света проходит прямо вперед и с помощью линзы проецируется
на экран в виде ярко светящейся полоски.
Из бесчисленного множества отклоняющихся у границ А и В лучей выберем
произвольно лучи 1 и 3; соответствующий им волновой фронт составляет с
плоскостью щели угол ос. Пусть луч 3 сдвинут на длину волны относительно
луча 1 (для наглядности на рисунке это соотношение сильно преувеличено).
В действительности угол а и длина волны L
столь малы, что их вообще невозможно изобразить. Попадающий в середину
между ними луч 2 сдвинут относительно луча 1 на L/2,
так что при встрече эти два луча взаимно гасятся.
Далее, каждому лучу из верхней половины пучка можно найти
соответствующего <партнера> из нижней половины, который сдвинут
относительно него на L/2 и гасит его. В итоге
отклоненный на угол а пучок оставляет на экране темную полосу, которая
называется первым дифракционным минимумом. Угол а можно выбрать и так,
чтобы лучи 1 и 3 имели разность хода 3 L/2.
Тогда гасятся лишь две трети содержащихся в пучке лучей. Рядом с первым
минимумом на экране возникает снова светлая полоса, хотя и
не такая яркая, как в центре. Продолжая эти рассуждения, мы и приходим к
описанию явления, открытого Гримальди. По обе стороны прямого
изображения щели, называемого также максимумом нулевого порядка,
располагаются многочисленные темные и светлые интерференционные полосы
быстро убывающей интенсивности - так называемые максимумы первого,
второго и т. д. порядков.
Все эти явления составляют сущность волновой оптики, а также теории всех
оптических инструментов, остроумные конструкции которых восхищают нас
сегодня.
