光干涉是指当两束光波相遇时,其中一束光波的波峰,抵消了另一束光波的波谷而产生的现象。
光的基本特性之一就是它能够自我干涉,大多数人每天都能观察到光学干涉,但却不太了解这种现象究竟是如何发生的。
当光照射在水上的肥皂泡上时,它们会反射出各种美丽的色彩,这种色彩的动态交织源自气泡内外表面同时反射的光线。
这两个表面非常接近,只有几微米厚,从内表面反射的光线既有建设性的干扰,也有破坏性的干扰。
叠加原理是一种听起来比实际情况复杂得多的观点,物理学有时就是这样。
叠加原理指出,对于线性系统,两个或两个以上的输入所引起的净响应,是每个输入单独引起的响应之和。
在大多数情况下,当人们谈论叠加原理时,他们谈论的是空间和时间中的正弦振动。
波的例子包括光、声音、水波纹和地震波,所有这些东西的基本工作原理都是一样的。
如果把两个波放在一起,它们就会相加,这就是叠加。
让我们来详细了解一下叠加在现实世界中的意义。
当两个波叠加在一起时,它们会产生一个总波,人们称之为结果波。
我们之所以这样称呼它,是因为它是两个波相加后的结果。
波浪包含一个接一个的波峰和波谷,当你叠加两个波的波峰时,它们会相加形成一个更大的波峰。
当你叠加两个波的波谷时,它们会相加形成一个更大的波谷,这就是所谓的建设性干扰。
另一方面,当将一个波的波峰与另一个波的波谷叠加时,它们会相加,然后变平,形成一条平线。
这就是所谓的破坏性干涉。这类似于-6 + 6 = 0,波峰和波谷相互抵消。
大多数时候,当人们想到波时,往往会想象单个波在介质中传播。
当我们思考水波时,我们会想象一个波独自穿过浩瀚的海洋,但这显然是不现实的,难道只有一个波浪穿过整个海洋吗?
当然不是。
有无数的海浪从四面八方涌来,海浪有大有小。
有些波浪是由风引起的,而有些波浪则是由游轮、鲸鱼引起的。
不可避免的是,有些海浪会相互交叉或相遇。
当它们相遇时,波浪之间的反应被称为干涉,这是在同一介质中传播的两个或多个波的相遇。
在同一介质中相遇的波实际上会扰乱彼此的位移。它们会相互干涉,从而产生一种全新的、不同于原来两种波的波。
想象一下,它们在同一介质中相向而行,一个向左,另一个向右,它们的振幅都是 1 米。
当两个波相遇时,会有一个时刻,两个波的波峰会出现在同一个地方。
它们的波峰重叠,因此振幅相加,波峰不再是 1 米高,而是 2 米高。
当两个干涉波的波峰或波谷相遇时,它们的振幅会相加,这就是建设性干涉。
那么,当一个波的波峰遇到另一个波的波谷时会发生什么呢?
相反的情况就会发生,这就是所谓的破坏性干涉,当两个干涉波的波峰和波谷相遇时,一个振幅会减去另一个振幅。
让我们来看看上面提到的两个波,它们仍然相向而行,振幅仍然各为 1 米。
然而,一个波的波峰恰好与另一个波的波谷对齐,你知道整体振幅会发生什么变化吗?
不会有任何影响。
第一个波的波峰会抵消掉第二个波的波谷,介质的位移为零,结果就是一个完全平坦的表面