frame|jobbra|Két, körben terjedő felületi hullám interferenciája – A felvételeken a különféle eredő hullámok láthatók (a hullámhossz lentről felfelé csökken, a hullámforrások központjának távolsága jobbra növekszik). Az idő előrehaladtával a hullámfrontok távolodni kezdenek a forrásoktól, a sötét területek (destruktív interferencia helye) viszont nem mozdulnak el. Az interferencia fizikai jelensége két különböző forrású, koherens – azaz állandó fáziskülönbségű − hullám találkozásakor következik be. Ekkor a térben létrejönnek olyan pontok, ahol a hullámok maximálisan erősítik, illetve olyanok, ahol maximálisan gyengítik egymást (annak függvényében, hogy az egyes pontokba a két hullám milyen fáziskülönbséggel érkezik).
A jelenség
Ha két forrásból monokromatikus fényt bocsátunk ki, a keletkezett jelenséget egy sík ernyőn felfogva megállapítható, hogy az ernyőn lesznek sötét (kioltás helye) és világos vonalak (maximális erősítés helye). Tekintve, hogy a monokromatikus fény semmilyen körülmény esetén sem bomlik alkotókra, a színszóródás jelensége nem figyelhető meg. Két nem-monokromatikus hullám csak akkor lehet teljesen koherens, ha mindkettő azonos hullámhossztartományt fed le, és az azonos hullámhosszhoz tartozó hullámok azonos fázisban vannak.
Elvileg bármilyen fényforrásból származó fény képes interferenciamintázat létrehozására, lásd a napfény okozta Newton-gyűrűk jelenséget. Ennek ellenére a fehér fény általában kevéssé alkalmas interferenciamintázatok létrehozására, mivel a fehér a teljes spektrum keverékéből áll össze, így a létrehozott interferenciaterületek más-más helyen jönnek létre. A nátrium fény közel monokromatikus és alkalmas arra, hogy interferenciamintázatokat hozzanak vele létre. A lézerfény még alkalmasabb erre a célra, mivel az szinte teljesen monokromatikus.
A mindennapi életben sokszor mégsem beszélhetünk interferenciajelenségről, miközben fényhullámok indulnak ki két különböző fényforrásból. A jelenség magyarázata kettős. Az atomok általában egymástól függetlenül, rövid ideig sugároznak, és habár sok atom együtt erős fényt tud kibocsátani, a fény rendszertelenül, különböző fázissal érkezik, így nem teljesíti a koherenciafeltételt. Csak akkor van lehetőség interferenciajelenség észlelésére, ha az abban részt vevő fényhullámok a megvilágított felület pontjaira azonos fáziskülönbséggel érkeznek, azaz a fényhullámok koherensek. Továbbá az emberi szem csak kb. egytized másodpercenkénti átlagos megvilágítottságot érzékel, így ha pillanatnyi interferenciajelenség létre is jön, a szem nem képes annak észlelésére.
Fényinterferencia könnyen létrejön vékony rétegeken, így például a szappanbuborékok és olajfoltok színességének is ez a jelenség az oka. A rendkívül kis szélességű réseken sötét térbe való beszűrődés során észlelhető színszóródás oka a diffrakció (elhajlás) jelensége, az eredmény az interferenciához csak hasonló, sokszor vele együtt jelentkezik.
Konstruktív és destruktív interferencia bélyegkép|jobbra|250px|A Michelson-interferométer által létrehozott interferenciamintázat. A világos területek a konstruktív interferencia eredményeként, míg a sötét területek a destruktív interferencia eredményeként jöttek létre. bélyegkép|jobbra|250px|Interferencia lakkrétegen (fehér fénynél)
Az interferencia két vagy több hullám szuperpozíciója eredményeként létrejövő új hullám mintázat. A szuperpozíció elve alapján az eredendően kialakuló hullám minden pontja a két kiinduló hullám azonos pontjainak összegeként határozható meg. Ha hullámhegy találkozik hullámheggyel, akkor a hullámhegyek interferenciája konstruktív (erősítő), az eredő hullámhegy amplitúdója megnő (a hullámhegyek egymásra "rakódnak", szuperponálódnak). Ha hullámhegy és hullámvölgy találkozik, akkor az interferencia destruktív (gyengítő), az eredendő amplitúdó lecsökken vagy meg is szűnhet.
Amikor két hullám egymásra "rakódik", az eredő hullámforma függ a frekvenciától (vagy hullámhossztól), az amplitúdóktól és a két hullám relatív fázisától. Ha a két hullám amplitúdója A és hullámhossza azonos, akkor az eredő hullám amplitúdója 0 és 2A között változik, attól függően, hogy azonos fázisban vagy ellenfázisban vannak-e.
Tételezzük fel, hogy a két hullám azonos fázisban van, és amplitúdóik A1 és A2. A hullámhegyek és hullámvölgyek egybeesnek, az eredő amplitúdó A = A1 + A2 lesz. Ez a már ismert konstruktív interferencia.
Ha a két hullám fáziskülönbsége 180°, azaz ellenfázisban vannak, akkor a hullámhegy egy hullámvölggyel esik egybe, és így kioltják egymást. Az eredő amplitúdó ekkor A = |A1 ‒ A2| lesz. Ha A1 = A2 az eredő amplitúdó nulla. Ez a destruktív interferencia. Eredő hullámforma 310px 1. hullám 2. hullám Azonos fázisban lévő két hullám Két hullám fáziskülönbsége 180°, ellenfázisban vannak A konstruktív és destruktív interferencia között van a részleges interferencia. Ez akkor történik, mikor a hullámok fáziskülönbsége nem 360° (vagy egész számú többszörösei) és nem 180° (vagy egész, páratlan számú többszörösei). Ilyenkor a hullámok nem erősítik fel egymást maximálisan, de nem is oltják ki egymást teljesen és az eredő hullám amplitúdója a két szélső eset közé esik.
Fajtái Interferencia nem csak a fény hullámai között jöhet létre, hanem minden hullámfajta között.
Hanghullám: ilyenkor a hang erőssége változik. Mivel mechanikai hullám, így az interferencia a levegő nyomásváltozásainak összeadódása. Gyakorlatban gyakran megfigyelhetjük: ez okozza például a lebegés jelenségét. Fontos szerepet játszik a zajszűrő fejhallgatóknál - a külső zajok hullámával ellentétes hullámokat kelt, így kioltva azokat. Vízfelszíni hullámok: két hullámforrás által (például két kő vízbe dobásakor) jól látható interferencia jön létre. Rádióhullámok: interferencia esetén a jel egyes helyeken erősödhet, másokon gyengülhet - ez a televízió- és rádióadásoknál, vagy a vezeték nélküli kommunikációnál okozhat gondot. Hasznosítani is lehet viszont, amire jó példa a rádióinterferometria (csillagászati képalkotó eljárás), ahol a kép felbontását jelentősen javítani tudják a távoli objektumokról. Mikrohullámok: a mikrohullámú kommunikációban (például műholdak, radarok, vezeték nélküli hálózatokban) fontos az interferencia figyelembe vétele - ez a jelek szabályozásával, az antennák elrendezésével jól kezelhető. Mikrohullámok interferenciáját gyakran kísérletekben is megfigyelik könnyen mérhető hullámhosszuk miatt. Röntgensugarak: rövid hullámhosszuk miatt elsősorban a kristályok vizsgálatánál van szerepe. Kristályokban az atomok szabályos rácsot alkotnak, melyek rétegeiről a röntgensugarak részben visszaverődnek - bizonyos irányokban erősítés, másokban gyengülés figyelhető meg az interferencia hatására. Ezt a jelenséget használja ki a röntgendiffrakció, mellyel meghatározható az anyagok kristályszerkezete. Anyaghullámok(de Broglie-hullám): a kvantummechanika kimondja, hogy az anyagrészecskéknek hullámtulajdonságaik is vannak, amit ez a jelenség bizonyított. A részecskék állapotát leíró hullámfüggvények interferálhatnak, ez adja meg a részecskék észlelési valószínűségeit és erre épül a Feynman-féle pályaösszeg. Az elektronok interferenciáját kísérletekben is megfigyelték, például kettős résen való áthaladáskor.
Története Az interferenciát először a fény esetében vizsgálták. Több kutató is foglalkozott a fény természetével, de jelentősen hozzájárult a hullámelmélethez a 19. században Thomas Young kétréses kísérlete. A kísérletben fény halad át két keskeny, egymáshoz közeli résen. A fény a réseken átjutva két gömbhullámmá alakul, amik interferálnak egymással, így sötét és világos csíkokat hagyva a rések mögötti ernyőn. Augustine-Jean Fresnel munkái is hozzájárultak a hullámelmélethez, és az interferencia matematikai leírásához is.Albert Einstein (a fotoeffektus magyarázatával) úgy magyarázta a jelenséget, hogy a fény részecske is, és hullám is. A 20. században felfedezték, hogy az interferencia nem csak a fény-, hanem más hullámok között is létrejön, majd a kvantummechanikával elfogadottá vált, hogy anyaghullámok között is léphet fel interferencia.
További információk
Java program interferencia bemutatására Letölthető interaktív Java szimuláció víz-, hang- és fényhullámok interferenciájáról. A PhET-től, magyarul. Fényképek a FizKapu honlapon itt Fizikakönyv.hu – A hullámok interferenciája
Kapcsolódó szócikkek elhajlás vagy diffrakció Moiré-mintázat Michelson-interferométer Interferenciatípusok listája koherencia (fizika)
Kategória:Fizikai alapfogalmak