繞射

波並不總是沿著完美的直線前進。對著轉角喊話，即使你看不見聲源，聲音也能傳到你這裡；看水波穿過防波堤的一個缺口，它們會在另一側扇形地展成弧形。波經過邊緣或穿過開口時這種彎折與擴散，就是繞射。它回答的問題是：波為什麼不乾脆投下清晰的陰影？為什麼它們會繞過障礙物、在狹縫後散開？

繞射之所以發生，是因為波前的每一部分都像一個新的小波源，向前方各個方向散出小波（惠更斯的想法），而這些小波的疊加重塑了整道波。當一道波穿過一個開口，它會擴散到後方的區域，而開口相對於波長越窄，擴散得越厲害。對寬度為 a 的單狹縫，光在屏幕上的圖樣是一條明亮的中央帶，兩旁伴著較暗的帶，暗紋（極小值）落在 a sin(theta) = m lambda 處，m = 1, 2, 3, ...。中央亮帶是其他亮帶的兩倍寬，且集中了大部分的光。關鍵的比值是波長對開口大小：兩者相當時擴散顯著，開口遠大於 lambda 時則可忽略。

繞射正是為什麼聲音（波長長）能輕易繞過門口，而光（波長極小）投下清晰陰影，也是繞射光柵把光分成光譜的原因。最重要的是，繞射為每一件光學儀器的清晰度設下終極極限：望遠鏡或顯微鏡永遠無法把光聚成比波長所允許還小的一點，所以無論鏡片多好，你能解析的最細細節都有上限。一個誠實的提醒：繞射並不是光獨有的性質，所有的波，聲音、水波與物質波，都以完全相同的方式繞射。