- 主题:光经过小孔衍射的本质
非物理专业小白请教，光经过小于波长的小孔衍射的本质是不是因为电磁波的振幅大小周期性变化，总有一个瞬间能小于小孔的原因？
--
FROM 112.4.211.*
不是。
仅仅从高中物理的角度，你要分清什么是振幅，什么振动位移。
至于这件事，你可以从很多角度去解读。但是没有哪种解释是解释了本质。人类对光的本质跟不不理解。
你可以从经典的波动光学，或者从电磁场，或者量子力学的角度的解释。
【 在 TEMPLATEcnt 的大作中提到: 】
: 非物理专业小白请教，光经过小于波长的小孔衍射的本质是不是因为电磁波的振幅大小周期性变化，总有一个瞬间能小于小孔的原因？
--
FROM 112.27.238.*
光的波粒二象性可不可以这样理解，一个光子就是一个周期或者n个周期的电磁波，是一个或n个周期的电场和磁场在空间中的涨落和位移，波长决定了能量大小，也就具有量子性和波动性。一束光是无数光量子的结合，在统计上表现出电磁场的周期涨落和位移，也具有波动性。光在真空中的迁移速度可以作为本宇宙空间中时间的量度，当物体运动速度接近光速的时候，时间也就变慢了。
【 在 dadadedada 的大作中提到: 】
: 不是。
: 仅仅从高中物理的角度，你要分清什么是振幅，什么振动位移。
: 至于这件事，你可以从很多角度去解读。但是没有哪种解释是解释了本质。人类对光的本质跟不不理解。
: ...................
--
FROM 112.4.211.*
从不确定原理来解释，就是小孔限定了光子的位置，从而动量也就是速度的不确定性很大了，各个方向都有，这是最本质的原因。
从经典物理来解释，小孔上的光场的振动，在Maxwell方程的约束下，也就是电磁波动方程，在半空间内辐射。
另外，衍射和小孔尺寸没有关系，不论是小于波长的小孔，还是成千上万倍波长的小孔，都有衍射，衍射角一般取为+-4/π*D/λ，意思是大部分能量都集中在这个角度之内，角度之外也有能量分布，所以从理论上来说，通过小孔的没有平行光。
【 在 TEMPLATEcnt 的大作中提到: 】
: 非物理专业小白请教，光经过小于波长的小孔衍射的本质是不是因为电磁波的振幅大小周期性变化，总有一个瞬间能小于小孔的原因？ ...
--
FROM 119.80.74.*
更正：衍射角一般取为+-4/π*λ/D
【 在 galaxyz 的大作中提到: 】
: 从不确定原理来解释，就是小孔限定了光子的位置，从而动量也就是速度的不确定性很大了，各个方向都有，这是最本质的原因。从经典 ...
--
FROM 119.80.74.*
光经过小孔会发生衍射，这个现象本身不受小孔尺寸影响，但是小孔比较小时，衍射效果会明显一点。小孔很大的时候，照样有衍射。
【 在 TEMPLATEcnt 的大作中提到: 】
: 非物理专业小白请教，光经过小于波长的小孔衍射的本质是不是因为电磁波的振幅大小周期性变化，总有一个瞬间能小于小孔的原因？
--
FROM 223.167.127.*
感谢您和galaxyz的回复。小孔尺寸大小都会引起衍射这事儿需不需要先定义什么是小孔？极端点，如果孔径大，光会穿过小孔衍射，如果孔径足够小，比如小于材料中两个原子之间的距离，光子无法穿过，只能被吸收或散射，当然散射也能引起衍射，比如布拉格衍射，这两种衍射是不是本质是相同的，都是用来制作孔或反射面的材料的原子内部处于不同能级的粒子及其静电场对光场的影响？
【 在 hjhxyx 的大作中提到: 】
: 光经过小孔会发生衍射，这个现象本身不受小孔尺寸影响，但是小孔比较小时，衍射效果会明显一点。小孔很大的时候，照样有衍射。
:
--
FROM 112.4.211.*
衍射和 原子内部处于不同能级的粒子及其静电场 无关
大英百科全书对衍射的解释是，衍射是任何一种波通过障碍物时的传播
我认为衍射的本质 是光的每一个点都可以看成一个子光波的源
【 在 TEMPLATEcnt 的大作中提到: 】
: 感谢您和galaxyz的回复。小孔尺寸大小都会引起衍射这事儿需不需要先定义什么是小孔？极端点，如果孔径大，光会穿过小孔衍射，如果孔径足够小，比如小于材料中两个原子之间的距离，光子无法穿过，只能被吸收或散射，当然散射也能引起衍射，比如布拉格衍射，这两种衍射是不是本质是相同的，都是用来制作孔或反射面的材料的原子内部处于不同能级的粒子及其静电场对光场的影响？
:
--
修改:TexasPotato FROM 36.138.65.*
FROM 36.138.65.*
你说的这两类衍射即有相同又有不同。
相同：衍射条纹的成因都是光子波动性体现，光子按波的几率幅带相位（也就是波程差/光程差）叠加。
不同：具有光程差的两个源点是怎么选的。布拉格衍射的光程差，来自晶格上两个点的原子散射。小孔（或窄缝）衍射的光程差，选的是孔（缝）的边缘两点。小孔衍射就忽略光子和屏原子的作用了，衍射条纹是整个孔上每个点的光程差叠加（积分）效果。
一般的衍射说的都是波长和孔/晶格尺度相当。如果波长远大于这个尺度，理论上也会衍射，只是构不成倍数波长的光程差，不会出现相干加强这样的条纹。
【 在 TEMPLATEcnt 的大作中提到: 】
: 感谢您和galaxyz的回复。小孔尺寸大小都会引起衍射这事儿需不需要先定义什么是小孔？极端点，如果孔径大，光会穿过小孔衍 ...
--
FROM 119.80.74.*
按量子理论，单个光子就具有波动性，这是微观粒子的本性，但其波动性表现为概率波行为，并非经典波。概率波是量子论对微观粒子波动性的一种数学描述，并非像经典波那样对应真实的物理扰动的传播。另外光子是玻色子，不受泡利不相容原理限制，允许无穷多的光子处于相同的量子态而形成经典光波—电磁波。
讨论光的衍射，分两种情况，一种是经典光波的衍射，一种是单个光子概率波的衍射
经典光波的衍射，在标量衍射理论框架下，用惠更斯原理就可以解决，即衍射的本质是：障碍物将原自由波面破坏，保留一部分通过，通过部分的波面看成相干点波源集合，每个点波源发出球面次波，在空间交汇区域的某点相干叠加，形成改点的强度。即次波相干叠加物理图像。
单个光子的概率波的衍射，可以参考费曼讲义3卷中的双缝干涉就可以理解。或按照galaxyz的解释：小孔使得单个光子位置受限，位置有不确定度，由测不准关系，动量也将具有不确定度，使得单个光子经过小孔后朝各个方向跑有不同的概率，就出现了衍射。
讨论衍射要看用什么级别理论。晶体x射线衍射，采用光栅的手法就可以解决。x射线打到晶体上，其电磁场使原子中的电子作受迫振动，能量被吸收，但又发出同频率的相干电磁波，这样每个原子就是发出相干
次波的波源，发出的次波相干叠加，就形成晶体x射线衍射。这些都是基于经典的理论。
【 在 TEMPLATEcnt 的大作中提到: 】
: 非物理专业小白请教，光经过小于波长的小孔衍射的本质是不是因为电磁波的振幅大小周期性变化，总有一个瞬间能小于小孔的原因？
--
FROM 111.199.106.*