倒易空间与衍射
衍射
/ dih-FRAK-shun /
往池塘里丢一块石头,看涟漪平滑地一圈圈荡开。现在想象涟漪遇上一排等间距的木桩:每根木桩都送出它自己一圈小小的波,这些波彼此重叠。在某些方向上波峰对齐,波就长得很高;在另一些方向上波峰遇到波谷,二者就被抹平。波在规则阵列周围这种弯折与重叠,就是衍射。
更确切地说,每当波穿过一些物体、或被它们散射,而这些物体的间距又与波长相仿时,衍射就会发生。每个物体都成了一个微小的新波源,众多小波叠加在一起——这个过程叫干涉。其结果不是均匀的一片亮光,而是明暗分明的清晰图样,完全由波长和物体的间距所决定。把间距弄得规则,就像晶体里的原子,那些明亮的区域便会收紧成一个个清晰的亮点。
它之所以重要,是因为衍射让我们得以“看见”任何透镜都看不见的极小之物:图样里编码着隐藏的间距。它也正是为什么任何透镜都无法分辨比所用光波长更细的细节。一个常见的误解:衍射并不是波被反射或被吸收——而是许多散射出来的小波在某些方向相长、在另一些方向相消。没有哪一束波“知道”整个图样;图样只在整片小波叠加起来时才浮现。
把一张CD对着灯举起来斜着看:表面会铺开一道道彩虹般的条纹。光盘上微小的轨道,其间距恰与可见光波长相仿,于是反射光发生衍射,每种颜色在各自的角度被加强——这与揭示原子的物理是同一回事,只不过尺度大到了你肉眼能捕捉的程度。
CD上等间距的轨道把白光衍射成彩虹。
要得到清晰的亮点,波长必须与间距相当。可见光远比原子间距长,只能被CD或羽毛这类东西衍射;要探测原子,就得用波长短得多的波,比如X射线。
另见