Итак, первое, что нужно понять, это то, что учебник… пытается помочь вам понять теорию, выдвинутую Кристианом Гюйгенсом в конце 1600-х годов. Оказывается, он был (вообще) прав насчет волновой природы света, но фактические особенности сомнительны. Не слишком напрягайтесь, пытаясь придать смысл всему, потому что ... ну, это не так. Это было, однако, достаточно хорошее приближение, чтобы выработать основные правила оптики и быть улучшено более поздними учеными.
Тогда второе. Вы, оказывается, очень растеряны. :) Здесь нет "скручивания" - фактически вторичные вейвлеты можно рассматривать как полные сферы. И от этого мы вообще не доберемся до плоских волн (я объясню через секунду.)
Волны распространяются от своего источника в той же форме, что и
источник. Если он начинается с большой плоской плоскости в трехмерном пространстве, вы получаете плоскость
волна. Когда источником является точка в трехмерном пространстве, вы получаете сферу. Идея Хейгена состояла в том, что, если вы взяли такую сферу света в определенное время, вы могли бы выяснить, где она будет расширяться, притворившись, что каждая точка вокруг этой сферы2 на самом деле является новым точечным источником, и затем рассматривая край волнового фронта в будущем как границу всех этих сфер вместе взятых.
Это полезно, потому что, когда свет движется через одно и то же вещество («изотропно-однородное»), он движется с той же скоростью, сохраняя свою форму. Но свет движется с разными скоростями в разных материалах. Модель Ньютона - свет как частицы - не дает удовлетворительного ответа на вопрос, почему свет изгибается, когда это происходит. Но это так! Здесь есть отличная анимация , а вот еще менее четкая визуализация из Википедии:
Когда свет попадает, скажем, на воду, «вторичные вейвлеты» движутся в новой среде медленнее. Из-за угла падения волновой фронт не попадает в воду сразу. И если вы проведете линию через переднюю часть всех маленьких кружков, которые происходят одновременно do (на этом рисунке первая зеленая линия проведена в тот момент, когда правый край ударяет по воде), вы видно, что волновой фронт теперь выровнен по-другому.
Итак, эта модель демонстрирует, почему свет изгибается при переходе от воздуха к стеклу, что, конечно, является фундаментальным для фотографии, какой мы ее знали за последние двести лет. Но не слишком зацикливайтесь на понимании специфики реальных волновых фронтов и вторичных вейвлетов (если только вам это действительно не нужно для теста), потому что *** это всего лишь модель, а не точное представление о том, что происходит в реальный мир.
Эта модель также объясняет дифракцию - как свет сгибается по углам:
Я думаю, что это, в основном, самоочевидно - новые (мнимые) точечные источники в апертуре дают нам лучи, уходящие в неожиданных направлениях ( делая наши изображения размытыми ).
А - плоские волны. Это на самом деле не относится к теории Гюйгенса, но а) о плоской волне легче думать, чем о сферической, поэтому она используется в примерах, и б) если вы достаточно далеко от точечного источника, от с практической точки зрения вы можете рассматривать волну как плоскую волну - точно так же, как мы знаем, что Земля - это сфера, но поскольку она такая большая, мы можем рассматривать землю как плоскую для большинства целей.
Итак, наконец, Какое это имеет отношение к фотографии?
Хорошо:
Очень полезно иметь базовую модель работы рефракции. И хотя эта 400-летняя версия не идеальна, она на самом деле вполне соответствует полной современной электронно-магнитной теории для практического использования. (Более подробно, я определенно отсылаю вас к Physics Stack Exchange .
Аналогично, это объясняет дифракцию. (И рефлексия, в этом отношении.)
тонкийПолезно иметь представление об удаленных сферах, приближающихся к прямым линиям, поскольку мы обычно считаем, что солнечный свет имеет параллельные лучи. (См. Например В чем техническая разница между искусственным и естественным освещением? ).
И, наконец, но не упомянуто, главным образом потому, что я не слежу за математикой (вы можете попробовать здесь , или, опять же, я отсылаю вас к Physics Stack Exchange ), принцип Гюйгенса имеет интересный эффект - в отличие от того, когда вы бросаете камень в пруд, формы волны не рассеиваются и становятся толще при распространении. Это означает, что если кто-то включает дальний свет ровно на секунду, вы наблюдаете его также в течение одной секунды, чуть позже. И если бы это было не так, мы не смогли бы получить четкие снимки звезд!
Итак, наконец - вам нужно знать это, чтобы фотографировать? Точно нет. Вам даже не нужно знать больше объяснений того, почему рефракция работает на уровне поверхности - только самые основы «эй, линза фокусирует свет». Но я думаю, что знание этих вещей может помочь пониманию в самых разных фотографических ситуациях. Вот почему, в конце концов, в вашем учебнике есть раздел «Теория света» (даже если он, к сожалению, сбивает с толку).
1. Примеры страниц тут , кстати. Это на стр. 27 учебника (стр. 46 PDF-файла, так как существует много вопросов.
2. И есть бесконечное количество точек, которые диаграмма не делает очевидными