Přejít na hlavní obsah

Jak se chová světlo?

Interference a difrakce - tajemná slova, jejichž projevy jsou všude kolem nás.

Barvy na mýdlové bublině vznikají skládáním světelných vln.

Ze všech našich smyslů nám nejvíce informací o našem okolí poskytuje zrak, který reaguje na světlo. Fyzikové se dlouho přeli o tom, zda je světlo spíše vlnění nebo proud částic. Dnes víme, že je to jakási zvláštní kombinace obojího, kterou lze správně popsat jen pomocí zákonů kvantové fyziky. 

V mnoha běžných situacích se ale svělo chová jako obyčejné vlnění. Jeden ze základních zákonů, kterým se šíření každého vlnění řídí, je tzv. Huygensův princip. Říká, že každý bod, do kterého vlnění dospělo, se sám stává zdrojem vlny, která se následně šíří všemi směry.

Vlny ze všech takovýchto sekundárních zdrojů se pak skládají - interferují. V případě, že světlo nemá na své cestě žádné překážky, se výsledná vlna dál šíří pouze v původním směru, protože v ostatních směrech se vlny od mnoha sekundárních zdrojů vzájemně vyruší. Pokud ale na cestě nějaké překážky jsou, může vlna i zcela změnit svůj směr. A to je podstatou difrakce.

{galerie}Svetlo{/galerie}

Představme si například otvor v neprůhledné překážce (obr. 1), na který dopadá vlna. Místa v otvoru, kam vlna dospěla, se stávají zdroji vln, které se od nich šíří na všechny strany. Za otvorem se proto světlo rozběhne do širokého úhlu a pokud o kus dál umístíme stínítko (např. bílou stěnu), objeví se na ní skvrna mnohem větší, než je otvor (obr. 2). Nyní si představme, že otvory jsou v neprůhledné překážce dva (obr. 3). Z každého z nich se světlo šíří do širokého úhlu. Toto vlnění si můžeme představit třeba jako vlny na vodě (obr. 4) - střídají se zde místa, kde je hladina snížená ("údolíčko") a kde je zvýšená ("vrcholek"). V prostoru za otvory budou existovat místa, do kterých vlnění od obou otvorů dospěje se stejnou fází, tj. vrcholek vlny od jednoho otvoru se potká s vrcholkem vlny od druhého otvoru a údolíčko se potká s údolíčkem. V takových místech dojde k zesílení vlnění, hladina bude kmitat silně a v případě světelných vln zde bude hodně světla. Naproti tomu budou jiná místa, do kterých vlnění od obou otvorů dospěje v protifázi - vrcholek jedné vlny se potká s údolíčkem druhé a naopak. Zde se obě vlny vzájemně vyruší a bude zde klidná hladina, v případě světelné vlny pak tma.

Pokud dáme za otvory stínítko, uvidíme na něm proto řadu pravidelně rozmístěných světlých a tmavých skvrn - tzv. difrakční obrazec. Jestliže bude otvorů ve stínítku mnoho (pak často mluvíme o difrakční mřížce), bude obrazec ještě složitější a zajímavější. To se dá pozorovat i třeba při pohledu na pouliční lampu přes jemné plátno (obr. 5).

To, jak daleko jsou skvrny od sebe, závisí na vlnové délce, tedy na barvě použitého světla. Posvítíme-li na mřížku bílým světlem, které obsahuje všechny viditelné barvy, výsledkem budou barevné skvrny - světlo různých barev se ochýlí o rozdílné úhly (obr. 6). Tohoto jevu se využívá třeba v mřížkových spektrometrech ke studiu chemického složení vzdálených hvězd. A v běžném životě jej můžeme pozorovat jako krásnou hru barev na cédéčku nebo DVD, což jsou vlastně také jakési difrakční mřížky díky velmi tenké spirálovité drážce, v níž jsou zapsána data.

Interference a difrakce se vyskytují i v mnoha dalších běžných situacích a na věcech kolem nás. Například barvenost mýdlových bublin (obr. 7) je také způsobena skládáním vln - v tomto případě  odražených od protilehlých stěn mýdlové blány, a na principu interference fungují také antireflexní vrstvy na objektivech fotoaparátů nebo na brýlích. I motýlí křídla nebo perleť vděčí za své krásné barvy skládání světelných vln. Difrakce nachází i řadu uplatnění ve vědě a technice – jmenujme například holografii nebo studium struktury krystalů pomocí difrakce Rőntgenova záření.

Autor působí na Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty MU.

Hlavní novinky