Podsumowanie - zjawiska falowe

Fala to kolektywne drgania ośrodka, których ekspansja dokonuje się dzięki sprzężeniom pomiędzy poszczególnymi jego punktami. Rolę takiego sprzężenia pełnią w przypadku fal mechanicznych oddziaływania między cząstkami. Energia wyzwalana w źródle jest przez falę przenoszona coraz dalej i dalej, ale nie towarzyszy temu wędrówka samych cząstek – te drgają jedynie wokół swych położeń równowagowych, czyli średnio rzecz biorąc pozostają w miejscu.

Inną metodą na zaniesienie energii w odległe miejsce jest wyemitowanie w jego kierunku cząstki lub strumienia cząstek. Takie podążające w przestrzeni cząstki ze względu na posiadaną prędkość niosą też pewną energię kinetyczną. Docierając do odległego miejsca i zderzając się z przebywającym tam obiektem przekazują mu całość lub część posiadanej energii, którą same otrzymały w momencie wystrzelenia – wyemitowania ze źródła. Energia jest zatem przenoszona bezpośrednio z równoczesnym przeniesieniem masy i pędu cząstek.

Zarówno rozchodzące się fale, jak i mknące w przestrzeni strumienie cząstek mogą uczestniczyć w rozmaitych zjawiskach fizycznych. Niektóre z tych zjawisk są jak się okazuje dostępne zarówno dla fal, jak i dla cząstek, np. odbicie (kule bilardowe lub piłka), załamanie, całkowite wewnętrzne odbicie(„kaczki” na wodzie). Istnieje jednak również grupa zjawisk charakterystycznych wyłącznie dla fal (np. dyfrakcja, interferencja, polaryzacja). Jeśli nie jesteśmy pewni, jaki jest charakter jakiejś zaobserwowanej emisji – tzn. zastanawiamy się, czy jest to emisja falowa czy cząsteczkowa – to najlepszą metodą weryfikacji będzie próba przeprowadzenia eksperymentu stricte falowego. Najlepiej wziąć na warsztat zjawiska dyfrakcji i interferencji, gdyż powinny one zachodzić dla wszystkich bez wyjątku fal. Jeśli uda się je zaobserwować, to wiemy już ponad wszelką wątpliwość, że mamy do czynienia z procesem falowym. Jeśli dodatkowo uda nam się z polaryzacją (i prawem Malusa), to będziemy także wiedzieć, że mamy do czynienia z falami poprzecznymi.

Skąd pewność, że ani dyfrakcji ani interferencji nie da się przeprowadzić z cząstkami materialnymi? A wyobrażacie sobie kamień, który przelatując przez szczelinę między dwiema deskami „rozsypuje” się koliście we wszystkie strony? A może dwa kamienie, które przelatując przez dwie równoległe szczeliny i trafiając dalej w to samo miejsce obydwa znikają albo scalają się w jeden większy? Prawda, że zabawna koncepcja? A jednak fale, w przeciwieństwie do cząstek, coś podobnego potrafią. Tego rozgraniczenia musimy być świadomi w odniesieniu do fal mechanicznych i cząstek makro i mikroskopowych. Sprawa znacznie się skomplikuje gdy zejdziemy do poziomu świata cząstek elementarnych i fal elektromagnetycznych, ale to już historia na oddzielną opowieść.