Interferenssistä

Interferenssistä on ilmiö, jossa kahden tai useamman aallon superposition tuottaa uudenlaisen kokonaisaallon. Kun aallot kohtaavat, niiden vaihe-erot määräävät, onko tulos vahvistava (konstruktioiva interferenssi) vai heikentävä (destruktiivinen interferenssi). Interferenssiä esiintyy sekä klassisessa että kvanttisessa maailmassa ja se näkyy valossa, äänissä, vesiaalloissa sekä aaltoluonteisina ilmiöinä ainehiukkasissa.

Perusperiaate voidaan esittää kahden koherentin aallon avulla. Oletetaan aallot, joiden intensiteetit ovat I1 ja I2. Kun amplitudit summautuvat, syntyvä intensiteetti on I = I1 + I2 + 2√(I1 I2) cos φ, jossa φ on vaihe-ero. Jos I1 = I2, Imax = 4I1 ja Imin = 0, eli täydellinen konstruktioiva ja destruktiivinen interferenssi on mahdollista. Vaihe-ero liittyy reittien pituuseroon ΔL ja aallonpituuteen λ: φ = (2π/λ) ΔL. Koherenssi tarkoittaa vakaata vaihe-eroa ajan yli; se vaatii riittävän kapeaa spektriä ja pitkiä palaavat reittejä.

Esimerkkejä ja kokeellisia toteutuksia ovat kaksoisaukko -kokeilu, jossa aaltoluonne havaitaan valon tai hiukkasten interferenssikuvioina, sekä erimuotoiset interferometrit kuten Michelson ja Mach–Zehnder. Näitä käytetään tarkkoihin pituus- ja etäisyysmittauksiin sekä signaalin erotteluun.

Sovelluksina interferenssi on keskeinen optisessa mittauksessa, gravitaatioaaltojen havaitsemisessa (LIGO), telekommunikaatiossa ja eri kuvantamismenetelmissä sekä kvanttisissa kokeissa, joissa hiukkanen käyttäytyy aallon tavoin.

Interferenssi on yksi fysiikan keskeisistä ilmiöistä, joka kuvaa aaltojen luonnetta ja vuorovaikutusta.