光的奇迹——肥皂泡为什么这么美丽？

什么是光？

    我们所看到的光中有许多奥秘。从天空的颜色、彩虹、肥皂泡到宇宙中的光，我们探索“光”的真正本质。

    为什么发出彩虹色光芒的肥皂泡看起来是这样的？

    它有一种不同于波光粼粼的玻璃或水面的神秘之美。

具有波动特性的光被“衍射”。由于这些波的性质，当多个波重叠时会发生一种称为“干扰”的现象。

    肥皂泡美丽的彩虹色是由于膜表面反射的光与内部反射的光相互干涉，使光线更加突出。它的颜色会根据观察方向、薄膜的尺寸和厚度而变化。

“干扰”改变波形

    当一种波（不仅仅是光）遇到另一种波时，它要么相互增强，要么相互削弱。这就是“干扰”。当两个波形状相同且运动方式相同时（当相位相等时），当波峰相遇时，波峰的高度加倍，当波谷相遇时，波谷的深度为也翻倍了，将会翻倍。当遇到异相振动 180 度的波时，波峰和波谷重叠，波峰和波谷相互抵消，导致振幅为零。如果峰和谷重叠，就会显得亮，如果峰和谷重叠，就会显得暗。

波浪重叠并“干扰”

    当沿同一方向传播的多个波重叠时会发生什么？就像波浪在水面上行进一样，光波重叠，相互加强和削弱，创造出新的图案。这种现象称为“干扰”。例如，肥皂泡看起来闪闪发光，因为肥皂泡正面和背面反射的光发生干涉。即使有波浪干扰，如果满足条件，也能创造出如图所示的美丽图形。

通过实验确认光干涉

    杨格（英国物理学家：1773-1829）通过实验证实了光的“干涉”，光是一种波。杨将来自单一光源的相同波长的光分成两部分，使它们彼此重叠，并在屏幕上观察明暗干涉条纹。由于光波的波峰和波谷重叠，条纹是明亮的，而当波峰和波谷重叠时，条纹是黑暗的。当两个波干涉良好时，称为“相干”，而当它们完全不干涉时，称为“不相干”。

    杨之所以能够创造相干态，是因为他使用了来自同一光源的光。玩肥皂泡时，很多光线会相互干扰，但也有一些彩色球在玩家看来只是不连贯的。顺便说一句，激光器具有发射相干光的特性。

镜片和油膜上还可以看到彩虹色。

    在镀膜镜片的表面和水坑中漂浮的油膜上也可以看到彩虹色。这也是由于光的干扰造成的。镜片镀膜用于防止镜片表面反射并增加透射光。它是一层透明薄膜。计算薄膜的厚度和折射率，使得在一定波长的光（设计波长）下，从薄膜表面反射的光与从薄膜和玻璃之间的界面反射的光干涉并相互抵消. 设计。然而，对于与设计波长不同的光，不一定能够实现0％的反射率，并且光呈现出红紫色或蓝色的色彩。漂浮在水面上的油膜也是光波干涉的结果，尽管条件不同。

全息术利用衍射和干涉

    全息术是一种利用光描绘三维物体的方法，就好像它们确实存在一样。它们被用于美术馆和博物馆的展览和室内装饰，所以你可能见过他们神秘而奇幻的雕像。这种全息术利用了光衍射和干涉。创建它的方法有多种，但最常见的方法是使用激光，它是完全相干光。

    对于摄影来说，激光束被分束器分成两束，一束照射物体，另一束（参考光束）与反射光（衍射光束）同时斜射到干板上。衍射光和参考光相互干涉形成图案，并记录在干板上。该记录的图案是全息图，当用与参考光束相同的角度的相同激光束照射时，该图案衍射激光束并再现图像。如图所示，有的连接实像，有的连接虚像。

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