如圖,我用兩片刀片並排在紙上劃了兩道細縫,然後用激光筆(綠光的那種)貼近細縫進行照射,請問這個圖案是不是光的衍射或干涉的結果?


個人覺得,這個問題一點都不重要。根本就不用在意,你可以說是兩條狹縫打出來的光相互干涉,那我能不能說是光在兩條狹縫組成的這個形狀的整體上發生的衍射呢?事實上,只要你知道不同的衍射屏的時候,條紋怎麼算,它的名字叫啥根本不重要啊。

題主的圖樣是(雙縫)夫琅禾費衍射圖樣。

首先澄清一下干涉和衍射。干涉和衍射本質上是同一個現象,他們都是次波源的疊加產生的效果,並沒有什麼決定性的區別。依照普通物理教材上的說法,干涉是可數個相干次波源,最典型的就是兩個次波源的情況——楊氏雙縫干涉;而衍射是無數個相干次波源,例如夫琅禾費單縫衍射。請注意,我們在分析楊氏雙縫的時候,兩個縫是沒有寬度的,可以看成兩條線;而在夫琅禾費單縫中,單縫的寬度 [公式] 是必須考慮的重要參數,這個縫寬 [公式] 和波長 [公式] 的比值直接關係到零級衍射斑的大小。

所以如果楊氏雙縫中縫的寬度不可忽略,我們就看到亮斑亮度由中心向兩側遞減衍射圖樣,而不是各個亮紋亮度相等的的干涉圖樣。

下面我們可以通過具體計算來看看,隨著縫寬的降低,雙縫實驗的現象是怎麼從衍射圖樣過渡到干涉圖樣的。

夫琅禾費單縫衍射(盜圖)

對於夫琅禾費單縫衍射,縫寬為 [公式] ,我們在衍射縫中央放上寬度為 [公式] 的擋板,這樣單縫就變成了雙縫。

[公式] (單縫衍射)時,菲涅爾-基爾霍夫公式可以求得P點處(設方向角為 [公式] )的復振幅為:

[公式]

因此,對於 [公式] ,就有

[公式]

[公式] ,(這是一個與 [公式] 無關的參數)

(1)當 [公式] ,即單縫衍射。

(2)當 [公式] ,即 [公式] ,並且由小角近似 [公式] (也就是光屏放得足夠遠),最終可化簡為:

[公式]

強度是關於 [公式] 餘弦函數,光屏上亮暗等距交替,且各個亮紋的亮度都是相等的。若設縫到屏幕的垂直距離為 [公式] ,則亮紋間距 [公式] ,這就是楊氏雙縫的結果。

(3)一般情況(也就是題主這種情況),令 [公式] ,我們可以算出

[公式]

我們不妨畫圖看一下不同的 [公式] 會產生什麼影響:

γ=0.5

γ=0.9

γ=0.99

可見,隨著 [公式] 的增加,衍射圖樣在逐漸向干涉圖樣過渡。

所以,題主的雙縫看不到亮紋亮度相同的干涉圖樣,是因為 [公式] 值還不夠大,即相對於縫距而言,你用小刀劃出的縫寬還是太「寬」了。

最後補充一點:由於這兩個縫是一樣的縫,其實你還可以說這是兩個縫各自的單縫衍射出來的光之間的「干涉」。你可以說這個現象是干涉和衍射的混合。(3)當中式子可以看成兩個因子的相乘:一個和單縫寬(b-a)/2有關,稱為單縫衍射因子;另一個和縫距(a+b)/2有關,稱為縫間干涉因子。


No one has ever been able to define the difference between interference and diffraction satisfactorily. It is just a question of usage, and there is no specific, important physical difference between them.——R. P. Feynman

沒有人能夠對干涉和衍射之間作出一個令人滿意的區分。這種區別只是在使用方面的,它們在物理上沒有具體的、重要的區別。——理查德.費曼

摘自《費曼物理學講義》第30章第一節。


好幾年前的問題,我看其他回答都不太對。

本質上是干涉衍射沒啥區別,都是相干疊加。

但是我想題目問的其實應該是這個圖樣屬於課本中的單縫衍射圖樣還是雙縫干涉圖樣。

那麼答案是:這個是單縫衍射圖樣。

證據1:單縫衍射圖樣中心點的亮斑寬度,是兩倍於其他亮斑的,這個圖符合這個特點。

證據2:雙縫干涉在我們的教材上,經常只會說等距條紋,實際上雙縫干涉同時受單縫衍射因子的調製,不會出現如此單調向兩邊亮度遞減的圖樣的,而是先遞減再遞增再遞減…

最後嘛,一般用刀還是很難在紙上劃出兩條近到一個激光光斑可以覆蓋的縫的。

所以,這個是單縫衍射圖樣。


干涉衍射本質都是一樣的

干涉只是通常來說是有限個波的疊加可以直接疊加計算,衍射是波面上疊加無數個波要用積分

你的實驗就是個雙縫干涉


雙縫干涉


顯然是雙逢干涉。但是問題是一般教科書展示的雙逢干涉的描述和計算公式是對於兩個絕對理想的點光源而言的,現實中,每個源都是拓展光源,你的縫不是無限窄,但是又比較窄,這個造成理想圖樣的雙逢干涉被單縫衍射調製,形成帶sinc函數包絡的明暗條紋。也就是說,所有干涉都是自帶衍射的,只是理想點光源的衍射圖案接近常數,簡單的傅裏葉變換可以知道這個知識點。知道了干涉衍射的關係,就知道了這個問題的答案就是雙逢干涉!


前面兩位都說清楚了,我在此不再回答,只是想說一下,光的衍射和干涉最根本的本質不是在什麼光的波動性,而是在光的結構組成上,光是兩種粒子組成的,相互螺旋運動,光束分為未脫離光源的光束和脫離光源的光束,後者是呈體系的,也就是光束向前運動時,其外部粒子在表面後退再從尾端加速向前,直到最前端,再做週期重複運動。光的衍射和干涉都與這兩種粒子的在光束中位置改變有關,也與刀片的電子和原子核有關,並非是什麼水波一樣的運動。這在《宇宙的螺旋密碼》中有解釋
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