Гюйгенса - Френеля принцип. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Принцип Гюйгенса - Френеля - основной постулат волновой теории XVII века, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности световых. Принцип Гюйгенса - Френеля. является развитием принципа, который ввёл X. Гюйгенс (Ch. Huygens) в 1678; в соответствии с последним каждый элемент поверхности, достигнутый в данный момент световой волной, является центром одной из элементарных волн, огибающая к-рых становится волновой поверхностью в след. момент времени. При этом обратные элементарные волны во внимание не принимались. Принцип Гюйгенса объясняет распространение волн, согласующееся с законами геометрической оптики, но не может объяснить явлений дифракции. О. Ж. Френель (A. J. Fresnel) в 1815 дополнил принцип Гюйгенса, введя представления о когерентности и интерференции элементарных волн, что позволило рассматривать на основе принципа Гюйгенса - Френеля и дифракционные явления. Г. P. Кирхгоф (G. R. Kirchhoff) придал принципу Гюйгенса - Френеля строгий математический вид, показав, что его можно считать приближённой формой теоремы, назыаемой. интегральной теоремой Кирхгофа (см. Кирхгофа метод).

Согласно Гюйгенса - Френеля принципу, волновое возмущение в точке P (рис.), создаваемое источником P₀, можно рассматривать как результат интерференции вторичных элементарных волн, излучаемых каждым элементом dS нек-рой волновой поверхности S с радиусом r₀. Амплитуда вторичных волн пропорциональна амплитуде первичной волны, приходящей в точку Q, площади элемента dS и убывает с возрастанием угла

между нормалью к поверхности S и направлением излучения вторичной волны на точку P. Амплитуда E_Q первичной волны в точке Q на поверхности S даётся выражением

, где А - амплитуда волны на расстоянии единицы длины от источника, k - волновой вектор,

- циклическая частота. Вклад в волновое возмущение в точке P, вносимый элементом поверхности dS, запишется в виде

где

- расстояние от точки Q до P,

- функция, описывающая зависимость амплитуды вторичных волн от угла

. Полное поле в точке наблюдения P представляется интегралом

Если за элемент поверхности взять площадь кольца, вырезаемого из волнового фронта S двумя бесконечно близкими концентрическими сферами с центрами в точке наблюдения P, и выразить dS через приращение

, то получим

Верхний предел интеграла R_max=R+2r₀. функция

теперь рассматривается как функция от

. Точное вычисление (3) невозможно без знания

, однако Френель дал метод приближённого его вычисления, используя разбиение поверхности S на т. н. Френеля зоны .Вид функции

в Г.- Ф. п. остаётся неопределённым, но при

=0 К(0)=

; множитель i означает, что фазы вторичных волн отличаются на

от фазы первичной волны в точке Q. Из математически точного определения Г.- Ф. п., данного Кирхгофом, следует и определение функции

Строгое решение задач дифракции обычно связано с очень большими матем. трудностями, поэтому задачи, имеющие практический интерес, часто решаются приближёнными методами с использованием принципа Гюйгенса - Френеля. Принцип Гюйгенса - Френеля позволяет описывать все оптич. явления, относящиеся к распределению интенсивности света по разным направлениям (прямолинейное распространение света, отражение, преломление, двулучепреломление, дифракцию и т. д.). Приближённость решения с помощью принципа Гюйгенса - Френеля состоит в том, что при этом не рассматриваются реальные граничные условия электродинамики Максвелла. Напр., при рассмотрении распространения волн через отверстия в экране амплитуда волны в точках, закрытых экраном, полагается равной нулю, а на отверстии - такой, как если бы экрана не было (т. е. допускается разрыв волнового поля).

Литература по принципу Гюйгенса - Френеля

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.