衍射的本质是干涉？

凌古席清俊

如果你是高中生的话，这个问题就不要深究了，因为要搞明白干涉和衍射，必须有很好的数学基础。

简单一点讲，干涉是波的叠加；而衍射，它的实质就是干涉。也就是说两者本质上是等同的。关于你的一束光的问题。。。首先我想问一下你，什么叫一束光。你可以说，一只手，一条腿，但是你能想象出来什么叫一束光吗？光是具有波粒二象性的，你可以这样认为，光在经过狭缝的时候，是以光子这种粒子的形式通过的。如果人为减弱光强，使每一时刻，只有一个光子通过狭缝，那么我们姑且认为这就叫一束光，那么这一束光通过狭缝的衍射结果，和普通的衍射结果，在时间足够长的情况下应该是完全相同的。衍射的本质是干涉？
物理先知100“衍射的本质是干涉”这句话是正确的！确切地说，衍射是一种特殊的干涉。平时所说的干涉通常是指两列光波的干涉。而衍射是一列光波形成的，实际上，这列光波通过狭缝后，它的波面上的每个点都可以看做是新的波源，于是形成若干光波，这些光波相互干涉，形成衍射现象。总之，衍射和干涉都是光波的叠加现象。“衍射的实质是干涉”这种说法正确么？
这个问题，楼上的回答是正确的，也即，衍射的实质是干涉！衍射是无数个干涉的综合效果，在大学物理里面，衍射的数学公式就是通过干涉的数学公式推导出来的，是一个两点干涉数学公式的积分，积分范围就是衍射孔的上下边缘。然后再解释你所说的条件和无条件。其实，所谓的条件无条件，用数学方法表示，是最明确的，简单的说，干涉的数学公式，是运用更基本的数学原理推导出来的，即是两个波函数的相互叠加（数学形式就是两个三角函数的代数学的运算），这个干涉数学公式，是不依靠衍射公式推导的，也不依靠物理条件推导的，纯粹是数学推导。（注意：高中范围里面的干涉定义，在物理学上，是不严谨的，是适用于高中知识范围的简单模型，请你注意，所谓干涉的条件，都有限定词，就是明显的干涉是有条件的，实际上，干涉是没有物理条件限制的）。然后，衍射公式是由干涉公式的积分推导，所以，在这个意义上来说，衍射的本质是干涉。如果，你还不明白，我就只能如下解释。物理学上的干涉概念，是一个理想的物理模型（就像高中物理运动学里面点运动模型），它的模型建构在两个点光源相互叠加上面，其实点光源是不可能存在我们这个物理世界里面的，它是一个数学化的物理存在，因而，干涉模型，是不受物理条件限制的（包括上面频率啊，等相位啊，等距离啊），干涉模型的建立，纯粹就是讨论数学上面的两个波函数的叠加问题，并且做为光学里面，讨论其他多光源相互作用的数学基础。（单光源运动作用问题的数学基础就是点光源的波函数，早期是牛顿的粒子说和惠更斯原理）。那么，现在就可以回头看衍射了，衍射的小孔或障碍物，都是有物理尺寸的，所以，它必然受到物理条件限制的，它必然不能是数学模型，（如果它没有物理尺寸，就是点光源了，那问题就成了点光源的传播问题了，你说是牛顿用粒子说解释对呢，还是惠更斯用波动说解释对呢，呵呵），实质上，衍射问题就被处理成为，无穷多个点光源（把那个有物理长度的孔，线分割成无穷个点）的相互叠加的问题，物理学家偷懒，就再简化为无穷个两点干涉问题，这样，他们就用上了已经推导出的两点干涉公式了。在这个意义上说，衍射实质还是干涉。因为干涉是普适的模型，而衍射是实际的物理问题。好了，总结一下，你提这个问题，不是你没有学透，而是高中的书不能讲透（没有学微积分），所以会思考的同学就会有疑问。另外，关于条件的疑惑，我说了，其实可以这样理解“一切物理学的本质是数学，物理世界的物理限制就是条件，而物理学要做的就是，在给定数学公式和条件的基础上，解数学题，得出一个或一堆符合现实世界的答案”好了，再不懂就发邮件给我吧，我高中的时候也有类似疑问，就是没有人帮忙解决，我还是乐为人师的（我忘了，中国人的美德是要谦虚的，我收回我乐为人师的话。amason303兄，我们还是有空相互交流切磋一下吧...！叫我libuwei老师就不敢当了，怕误人子弟。有空我还要请教你那位老师，怎么1个苹果2个思想的理论，他什么时候提出来的，莫非是吃了牛顿那颗苹果树掉下来的苹果，也顿悟了）这样回答很不方便，因为要不断的关注和修改，而实质上，后面看到这个问题的人，是没有办法了解我们这个讨论的过程的，这也是要你发邮件的原因，不是因为我自大，想做老师。其实，你最开始补充问题的时候已经讲清楚了，你最大的困惑是在于“有条件的和没有条件的”，具体到这个问题，你最大的困惑就是有条件的干涉做为本质，为什么作为延展的衍射却是不要条件的呢？？我的回答就专门对你说疑惑的条件进行了解释，就是，物理学概念所有的所谓“有条件”，指的都是，有物理限制。在数学物理方法里面，就是几类数学表示，即边界条件和时间条件，因为我们所有的物理问题都是在时空范围里面的物理问题。没有条件的物理概念，就是纯粹的数学模型。回到你的问题，衍射这个概念，是无论如何都走不开空间限制的，没有空间的衍射，就是点光源的传播问题了，就不是衍射要研究的问题了。你可以试着将一个点光源从点传播，然后将那个点逐渐加大，研究的就是衍射问题了，研究点之后的距离由0到无穷远，就是近场光学和远场光学的问题了，中间加上透镜之类的光学元件，就到了成像问题了，很多个光学元件，就连接成光路了。如果你在认识到光的传播是空间辐射传播，那么，就由平面光学进入到立体光学讨论的范围了。这是光学研究的一个大致的范围和方法。是由普适的点光源传播问题，进而发展到实际的光学问题的一个过程。本质和现象，是两个不同层面的问题，是不对等的概念。你只要知道，“衍射的本质是干涉”这句话绝对没有问题就行了。干涉概念是一个两个点光源相互作用的普适数学模型，而，衍射，是一个具体的物理概念。你老师讲的衍射没有条件，是他对条件的理解仅仅限制在你们所能理解的高中范畴里面。如果他承认物理条件是是条件的话，衍射就无论如何是有条件的。而干涉就没有物理条件限制的，注意，干涉可以是双缝干涉和双孔干涉，但，这个意义的干涉不是最本质的两点干涉。干涉可以退到点上面来，而衍射退一万步，都只能退到小孔小缝或小障碍物上面来，因为点的问题，已经有一个基础物理概念占据了，就是“点光源的传播”的概念。好累，你如果步能理解，实在不是你的错，我就只能给你明确的回答，衍射的本质是干涉，这句话是对的。至于“有条件无条件”之间的矛盾，其实对于你来说有矛盾，对于物理学概念来说，是没有矛盾的。就这样了。回答于 2008-04-21