科普｜什么是波的干涉？只有激光才是相干光，为什么用普通光源也能做干涉实验？
科普｜什么是波的干涉？只有激光才是相干光，为什么用普通光源也能做干涉实验？
波的干涉是物理学中的一个重要现象，它展示了波在空间中相遇时的叠加特性。通常认为只有激光这样的相干光才能产生稳定的干涉图样，但事实上，普通光源也能通过特定的实验装置实现干涉。本文将从相干波的条件出发，深入探讨这一现象背后的物理原理。
波的干涉现象
波在空间中相遇时，会发生叠加现象。干涉属于波的叠加中的特殊现象，其特点是振动在空间上稳定分布。简单来说，就是空间各点的振幅不随时间改变。如果是机械波，空间各点振动恒定，幅度大的始终大，幅度小的始终小；如果是光波，空间各点的光强维持不变，亮的地方始终亮，暗的地方始终暗。
相干波的条件
能形成干涉，要求波的频率相同、相位差恒定且振动方向相同，这被称为相干条件。最好理解的是振动方向，它是振动的物理量的方向；频率是指波动的快慢节奏；相位是描述不同点当前的振动状态。
为什么只有相干波才能形成干涉？
两个振动的频率必须相同，它们的状态之间的关系才会固定。这种振动状态间的固定关系意味着相位差固定，而相位差固定会导致叠加后振动的振幅也固定。
波动的形成
空间中沿某个方向，有无数个紧密排列的点，在振源的策动下，它们依次而持续的振动，这就在空间中形成了波动。如果每个点都是稳定的振动，也就是具有确定的振幅，那么所得到的波动就是稳定的。
相干波的条件如何达到？
用振动器驱动水中的物体振动，便可形成满足相干条件的水波。甚至，仅靠人手简单的同步动作，我们就能轻松获得相干波。
光波干涉的特殊性
光是电磁波，其振动物理量有两个，分别是电场强度和磁场强度。自然界中天然的发光物体，即普通光源，包含大量的原子。当原子发生能级跃迁时，它在这一瞬间发出一段光波，也叫波列。波列可以看作一段简谐波，但原子发光并不是持续的，而是间歇的。
普通光源为何难以形成干涉？
普通光源发出的光是由无数个随机波列混合而成的，这些随机的波相遇在一起，只是一种混乱的叠加，并不会在空间形成稳定的强弱相间的光强分布。
惠更斯原理
荷兰物理学家惠更斯提出，空间中传播的波，在任意时刻经过的每一点，都会形成一个次级球面子波，此后时刻的波面，就是由此刻空间中无数的点的球面子波的包络面。
托马斯·杨的双缝干涉实验
1801年，托马斯·杨利用普通光源实现了光的干涉。他首先利用一个开有一条小缝的挡板放在光源前面，当光线穿过这个缝隙时，光线中每个依次经过的波列，按照惠更斯原理的机制，都会形成一个个向右方扩展的球面波。
接着，他在挡板后放一个开有两条细缝的挡板，两条细缝的中心与前面挡板的缝隙对齐。根据惠更斯原理，前面的缝隙产生的球面波扩散到后面挡板上的缝隙处时，又会再次发生波列的自我复制，产生两个新的球面波列，它们具有相同的特征。
干涉实验中的相干性
对于屏幕上的某点来说，它同时接收到的波列是有很多很多的，但只要这个点到第二个挡板的两条缝隙之间的距离相差不太大，来自两个缝隙的相干波列就有机会在此相遇。虽然不同波列之间没有干涉，但每个波列都会碰到一个相干的对象，他俩都来源于同一个母体复制而来。
结论
在激光出现之前，只有机械波才能达到完全相干的要求。对于普通光源来说，虽然不可能做到所有波列都相干，但每个波列都会碰到一个相干的对象，这足以形成清晰的干涉图样。而且，那些不相干的波列相遇，反而会使干涉图样变得更加清晰。