Якщо світло являє собою хвильовий процес, то, крім інтерференції, повинна спостерігатися і дифракція світла. Адже дифракція - огибание хвилями перешкод - властива будь-якому хвильовому руху. Але спостерігати дифракцію світла нелегко. Справа в тому, що хвилі помітним чином оминають перешкоди, розміри яких порівнянні з довжиною хвилі, а довжина світлової хвилі дуже мала.
Пропускаючи тонкий пучок світла через маленький отвір, можна спостерігати порушення закону прямолінійного поширення світла. Світла пляма проти отвори буде більшого розміру, ніж це слід очікувати при прямолінійній поширенні світла.
Досвід Юнга. У 1802 р Юнг, який відкрив інтерференцію світла, поставив класичний досвід по дифракції (рис. 203). У непрозорою ширмі він проколов шпилькою два маленьких отвори В і С на невеликій відстані один від одного.
Ці отвори висвітлювалися вузьким світловим пучком, які пройшли в свою чергу через малий отвір А в інший ширмі. Саме ця деталь, до якої дуже важко було здогадатися в той час, вирішила успіх досвіду. Интерферируют тільки когерентні хвилі. Виникла відповідно до принципу Гюйгенса сферична хвиля від отвору А порушувала в отворах В і С когерентні коливання. Внаслідок дифракції з отворів В і С виходили два світлових конуса, які частково перекривалися. В результаті інтерференції світлових хвиль на екрані з'являлися чергуються світлі і темні смуги. Закриваючи один з отворів, Юнг виявляв, що інтерференційні смуги зникали. Саме за допомогою цього досвіду вперше Юнгом були виміряні довжини хвиль, що відповідають світловим променям різного кольору, причому вельми точно.
Теорія Френеля. Дослідження дифракції отримало своє завершення в роботах Френеля. Френель не тільки більш детально дослідив різні випадки дифракції на досвіді, а й побудував кількісну теорію дифракції, що дозволяє в принципі розрахувати дифракційну картину, яка виникає при обгинанні світлом будь-яких перешкод. Їм же було вперше пояснено прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі на основі хвильової теорії.
Цих успіхів Френель домігся, об'єднавши принцип Гюйгенса з ідеєю інтерференції вторинних хвиль. Про це коротко вже згадувалося в четвертому розділі.
Для того щоб обчислити амплітуду світлової хвилі в будь-якій точці простору, треба подумки оточити джерело світла замкнутою поверхнею. Інтерференція хвиль від вторинних джерел, розташованих на цій поверхні, визначає амплітуду в даній точці простору.
Такого роду розрахунки дозволили зрозуміти, яким чином світло від точкового джерела S, що випускає сферичні хвилі, досягає довільної точки простору В (рис. 204).
Якщо розглянути вторинні джерела на сферичної хвильової поверхні радіусі R. то результат інтерференції вторинних хвиль від цих джерел в точці В виявляється таким, як якби лише вторинні джерела на малому сферичному сегменті ab посилали світло в точку В. Вторинні хвилі, випущені джерелами, розташованими на решти поверхні, гасять один одного в (результаті інтерференції. Тому все відбувається так, як якщо б світло поширювався лише вздовж прямої SB, т. е. прямолінійно.
Одночасно Френель розглянув кількісно дифракцию на різного роду перешкоди.
Цікавий випадок стався на засіданні Французької Академії наук в 1818 р Один з учених, які були присутні на засіданні, звернув увагу на те, що теорії Френеля випливають факти, явно суперечать здоровому глузду. При певних розмірах отвору і певних відстанях від отвору до джерела світла і екрану в центрі світлої плями повинно знаходитися темне плямочка. За маленьким непрозорим диском, навпаки, повинно знаходитися світла пляма в центрі тіні. Яке ж було здивування вчених, коли поставлені експерименти довели, що так і є насправді.
Дифракційні картини від різних перешкод. Через те, що довжина світлової хвилі дуже мала, кут відхилення світла від напрямку прямолінійного розповсюдження невеликий. Тому для чіткого спостереження дифракції (зокрема, в тих випадках, про які щойно йшлося) відстань між перешкодою, яке охоплена світлом, і екраном повинна бути велика.
На малюнку 205 показано, як виглядають на фотографіях дифракційні картини від різних перешкод: а) тонкої зволікання; б) круглого отвору; в) круглого екрану.
