Η Αρχή του Χάιγκεν

Κάθε φορά που οι άνθρωποι ανοίγουν ένα παράθυρο σε ένα δωμάτιο, το φως εισέρχεται μέσα από αυτό και εξαπλώνεται σε όλο τον χώρο. Ξέρετε γιατί συμβαίνει αυτό; Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φως έχει κυματικό χαρακτήρα και απλώνεται γύρω από το δωμάτιο σε όλες τις διαστάσεις. Ας δούμε την Αρχή του Huygen για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτό.

Με άλλα λόγια, η αρχή Huygens είναι ένας θεμελιώδης νόμος της φυσικής, κυρίως στην οπτική. Όλα τα σημεία σε ένα μέτωπο κύματος φωτός στο κενό ή σε ένα υλικό διαφάνειας μπορούν να θεωρηθούν ως φρέσκια προέλευση κυμάτων που μπορούν να εκτείνονται προς όλες τις κατευθύνσεις με ρυθμό που εξαρτάται από τις ταχύτητες τους, σύμφωνα με αυτή την έννοια. Ο Christiaan Huygens, ένας Ολλανδός μαθηματικός που ήταν ταυτόχρονα φυσικός και αστρονόμος, πρότεινε αυτήν την υπόθεση το 1690. Αυτή είναι μια κρίσιμη και αποτελεσματική μέθοδος για τη μελέτη πολλών οπτικών φαινομένων. Αυτό θα σας βοηθήσει να απαντήσετε στην ερώτηση.

Ορισμός της αρχής Huygens

Ο Christian Huygens διατύπωσε την αρχή Huygens. Το φως και οι ιδιότητές του άλλαξαν το 1678. Η ευθύγραμμη θεωρία του φωτός, η οποία λέει ότι το φως ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές, μπορεί να είναι γνωστή σε εσάς. Μία από τις πιο σημαντικές μεθόδους για τη μελέτη των οπτικών φαινομένων είναι η αρχή Huygens. Η ιδέα είναι μια αναλυτική προσέγγιση που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση ζητημάτων διάδοσης κυμάτων στο όριο μακρινό πεδίου, στην περίθλαση κοντινού πεδίου και στην ανάκλαση.

Σύμφωνα με αυτό, «Κάθε σημείο σε ένα μέτωπο κύματος δημιουργεί σφαιρικά κυματίδια που διασκορπίζονται με την ταχύτητα του φωτός προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός». Το μέτωπο κύματος σχηματίζεται από το άθροισμα αυτών των σφαιρικών κυμάτων."

Αυτή η εξήγηση, ωστόσο, δεν εξηγεί γιατί συνέβη εξαρχής η διάθλαση. Δεύτερον, δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει πώς το φως μεταφέρει ενέργεια στην πορεία του.

Η αρχή Huygens, που ονομάζεται επίσης Αρχή Huygens-Fresnel, εστιάζει στη συμπεριφορά διάδοσης των κυμάτων ως εξής:

• Οι δευτερεύουσες πηγές δημιουργούν κυματίδια που είναι συγκρίσιμα με τα κυματίδια της αρχικής πηγής.
• Το νέο μέτωπο κύματος καθορίζεται από την κοινή εφαπτομένη στα κυματίδια προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός σε κάθε δεδομένο λεπτό.
• Το σύνολο των σφαιρικών κυμάτων είναι το μέτωπο κύματος.
• Η όλη εξήγηση, ωστόσο, δεν εξηγεί γιατί συνέβη εξαρχής η διάθλαση.
• Δεύτερον, δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει πώς το φως μεταφέρει ενέργεια κατά μήκος της διαδρομής του.

Η αρχή Huygens, επίσης γνωστή ως Αρχή Huygens-Fresnel, δίνει έμφαση στη δράση διάδοσης κυμάτων ως εξής:

• Οι δευτερεύουσες πηγές δημιουργούν κυματίδια που είναι συγκρίσιμα με τα κυματίδια της αρχικής πηγής.
• Το νέο μέτωπο κύματος καθορίζεται από την κοινή εφαπτομένη στα κυματίδια προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός σε κάθε δεδομένη στιγμή.
• Το σύνολο των σφαιρικών κυμάτων είναι το μέτωπο κύματος.

Περίθλαση

Η κάμψη του φωτός γύρω από τα εμπόδια είναι γνωστή ως περίθλαση. Αυτό σημαίνει απλώς ότι παρεμβαίνει με κάποιο τρόπο στη ροή του φωτός. Ένα μοτίβο περίθλασης είναι μια άλλη σχετική ιδέα. Ένα πλέγμα περίθλασης είναι ένα πλέγμα που έχει μια σειρά από παράλληλες σχισμές που απέχουν σε διαφορετικές αποστάσεις η μία από την άλλη. Στην πραγματικότητα, η περίθλαση είναι ένας τύπος παρεμβολής. Συμβαίνει όταν ένα κύμα συγκρούεται με το φράγμα μιας άκρης. Ουσιαστικά όλα τα οπτικά φαινόμενα απαιτούν τη διέλευση του φωτός μέσα από ένα συγκεκριμένο άκρο ή διάκενο, υπονοώντας ότι η περίθλαση συμβαίνει σχεδόν σε όλα, αν και η επίδραση μπορεί να είναι μικρή. Η περίθλαση αναγκάζει ένα κύμα να καμπυλωθεί γύρω από ένα εμπόδιο. Η περίθλαση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της δομής ορισμένων στοιχείων. Είναι επίσης δυνατό να πάτε προς τα πίσω και να αντιστρέψετε το πλέγμα περίθλασης για να μάθετε πολύ περισσότερα για τη φύση του αντικειμένου.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της αρχής Huygens

Πλεονεκτήματα 

• Η ιδέα του Huygens καθιέρωσε τη διάθλαση και την ανάκλαση του φωτός.
• Ο Huygens καθιέρωσε ιδέες όπως η περίθλαση φωτός και η παρεμβολή.

Μειονεκτήματα

• Η προσέγγιση του Huygens δεν εξηγεί έννοιες όπως η εκπομπή φωτός, η απορρόφηση φωτός ή η πόλωση φωτός.
• Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο δεν εξηγήθηκε από την υπόθεση του Huygens.
• Η υπόθεση προτείνει το φωτεινό είτε ως μέσο διάχυσης που είναι απαραίτητο για τη διάδοση του φωτός, το οποίο είναι ένα σημαντικό ελάττωμα. Αυτό διαψεύστηκε τον εικοστό αιώνα.

Συμπέρασμα 

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φως έχει κυματικό χαρακτήρα και απλώνεται γύρω από το δωμάτιο σε όλες τις διαστάσεις. Με άλλα λόγια, η αρχή Huygens είναι ένας θεμελιώδης νόμος της φυσικής, κυρίως στην οπτική. Σύμφωνα με αυτό, «Κάθε σημείο σε ένα μέτωπο κύματος δημιουργεί σφαιρικά κυματίδια που διασκορπίζονται με την ταχύτητα του φωτός προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός». Το σύνολο των σφαιρικών κυμάτων είναι το μέτωπο κύματος. Το σύνολο των σφαιρικών κυμάτων είναι το μέτωπο κύματος. Η κάμψη του φωτός γύρω από τα εμπόδια είναι γνωστή ως περίθλαση. Ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής ένα χρόνο αργότερα, το 1933.