Difraksiya

Agar yorug‘lik yo‘liga ekran qo‘yilsa, uning orqasida soya sohasi paydo bo‘ladi. Tovushning yo‘lini to‘sish esa unchalik oson ish emas, uni devor orqasida turib ham eshitish mumkin. To‘lqinning geometrik soya sohasiga kirib borishi difraksiya deyiladi. To‘lqin uzunligi to‘siqning o‘lchamlari bilan taqqoslanarli bo‘lganida difraksiya namoyon bo‘ladi. Tovush to‘lqinlarining nisbatan uzunligi (ular metrlarda o‘lchanadi) tufayli, ular to‘siq chetlaridan osongina aylanib o‘ta oladi. Suvning sirtida ham to‘lqinlar difraksiyasini xuddi shu tarzda kuzatish mumkin. To‘lqin uzunligi mikrometrning ham ulushli tartiblarida bo‘lgan yorug‘lik difraksiyasini esa oddiy sharoitlarda kuzatish oson emas. Uzoq vaqt mobaynida yorug‘lik nurlari doimo to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqaladi deb hisoblanar edi.

1815-yilda farang muhandisi O.Fernel, Napaleonning Elba orolidan qaytib kelishi munosabati bilan, unga qarshi harakatlarda qatnashganligi uchun, majburiy iste’foga chiqarilgan va o‘zi tug‘ilib o‘sgan qishlog‘i — Matyega jo‘nab ketgan. Tabiatan qiziquvchan bo‘lgan muhandis, o‘z vaqtini ko‘p qismini optik tadqiqotlar o‘tkazishga sarflagan. U ingliz olimi Tomas Yungning yorug‘lik interferensiyasi haqidagi tajribalaridan xabardor bo‘lib, ularni amalda takrorlashni maqsad qilib oldi. Biroq u, mazkur tajribalarda shunchaki takrorlash bilan cheklanib qolmay, balki o‘ziga xos bo‘lgan jiddiy sinchkovlik va mulohazalar evaziga boshqa bir katta ilmiy muvaffaqiyatga erishishga muyassar bo‘ldi. U o‘zi qayd etgan natijalarni, Farang Fanlar akademiyasining 1818-yildagi ilmiy ishlar tanloviga taqdim etdi.

Fernelning tanlovga taqdim etgan ishini, o‘sha davrning eng obro‘li olimlaridan biri — Puasson boshchiligidagi hay’at ko‘rib chiqqan. Fernel keltirgan dalillar va natijalar hamda matematik aniqlikka ega ajoyib nazariya hay’at a’zolarining katta hayratiga sabab bo‘ladi. Biroq Puasson ushbu yangi nazariyani tekshirish orqali g‘alati bir paradoksga duch keladi. Tegishli hisoblashlarni bajargan Puasson, yorug‘lik manbai va ekran orasida turgan sharchaning ma’lum bir o‘lchami va vaziyatida sharcha orqasidagi ekranda soya o‘rnida yorug‘ dog‘ hosil bo‘lishini aniqladi. Bunga asoslanib Puasson, Fernelga uning nazariyasi yaroqsiz ekanligini ma’lum qiladi. Fernel bu tajribani o‘zi qilib ko‘rdi. Kutilmagan natija kuzatildi: haqiqatan ham sharcha orqasidagi ekranda yorug‘ dog‘ paydo bo‘ldi. Yorug‘lik difraksiyasiga oid bu tajriba yorug‘likning to‘lqin tabiatiga ega ekanligini tan olinishiga asos bo‘lib xizmat qildi.

Bizning davrimizda faqat yorug‘lik to‘lqinlarining emas, balki yanada qisqaroq bo‘lgan rentgen nurlarining ham difraksiyasini kuzatishga muvaffaq bo‘lingan. Rentgen nurlanishlarining to‘lqin uzunligi atomlararo masofaga teng. Shuning uchun, agar kristallga rentgen nuri yo‘naltirilsa, ular og‘adi va difraksion manzara — lauegramma paydo bo‘ladi (kristallarda rentgen nurining difraksiyasini birinchi marta kashf etgan olim Maks fon Laue nomi bilan atalgan).

Lauegramma markaziy dog‘ atrofida bir tekis joylashgan turli intensivlikdagi dog‘lardan iborat. Olimlar lauegrammalarni o‘qish orqali kristallarning geometrik strukturasini o‘rganish imkoniga ega bo‘ldilar. Bu esa kristallofizika uchun yangi imkoniyatlar eshigini ochib berdi.

Agar ekran chekkasiga monoxromatik yorug‘lik yo‘naltirilsa, difraksiya manzarasi kuzatiladi. To‘g‘ri va og‘gan nurlarning interferensiyasi tufayli geometrik soya sohasi chegarasi yaqinida navbatlashuvchi yorug‘ va qorong‘u yo‘laklar (polosalar) tizimi (yoritilganlik minimumlari va maksimumlari) vujudga keladi.

Yorug‘likning tor tirqishdagi difraksiyasida ham shunday manzara kuzatiladi. Markaziy maksimumdan boshqa to‘lqin tarqalishining dastlabki yo‘nalishida yoritilganlikning yon maksimumlari paydo bo‘ladi, bularni og‘gan nurlar hosil qiladi. Yon maksimumlarning boshqa vaziyatlari to‘lqin uzunligiga bog‘liq bo‘ladi. Shuning uchun tirqishga oq yorug‘lik tushganida, tirqish ortidagi ekranda u spektrlarga ajraladi. Yorug‘lik difraksiyasidan sezgir spektral asboblar tayyorlashda foydalaniladi.

Ma’lum bo‘lishicha, agar birgina tirqish o‘rniga parallel tirqishlar tizimida (difraksion panjaradan) foydalanilsa, asbobning ajrata olish xususiyati sezilarli ortar ekan (turli to‘lqin uzunliklaridagi nurlarning og‘ishlaridagi farq ortadi). Masalan, shisha plastinkaga ko‘plab parallel chiziqlar (shtrixlar) tushirib difraksion panjaralar yasash mumkin. Bir millimetrda ko‘pincha bir necha yuzlab shtrixlar soni bo‘lishi mumkin, ular orasidagi masofa esa katta aniqlikda birdek saqlanishi lozim.

Difraksiya hodisalarining foydasi bilan birga, zarari ham bor, ular optik asboblarning ajrata olish imkoniyatini cheklaydi. Yorug‘lik dastasini difraksiya tufayli bir nuqtaga to‘plab bo‘lmaydi, shuning uchun buyum tasviri hatto ideal optik sistemada ham yoyilgan bo‘ladi. Masalan olis yulduz tasviri teleskopda minimal o‘lchami ~λ/D bo‘lgan (bu yerda lyambda — yorug‘lik to‘lqinining uzunligi, D — obyektiv linzasining diametri) dog‘ sifatida ko‘rinadi. Ajratishni kattalashtirish uchun katta diametrli teleskop yasashga to‘g‘ri keladi. Xuddi shuningdek, difraksiya mikroskopda buyumning juda kichik tafsilotlarini ko‘rishga to‘sqinlik qiladi. Bu yerda ajratishni kattalashtirish uchun to‘lqin uzunligini kamaytirish kerak. Elektron mikroskopning ajratishi eng kattadir, uning yordamida hatto alohida atomlarni ham ko‘rish mumkin.