Pembelauan berlaku pada semua jenis gelombang, termasuk gelombang air, bunyi dan cahaya. Gelombang tidak semestinya terus bergerak dalam garisan sempit selepas melalui suatu bukaan. Sebaliknya, bahagian hadapan gelombang boleh merebak ke kawasan yang secara geometri kelihatan seperti terlindung daripada laluan lurus asal.
Saiz bukaan berbanding panjang gelombang menentukan kekuatan kesan
Jika bukaan jauh lebih besar daripada panjang gelombang, kebanyakan gelombang meneruskan arah asal dan penyebaran pada tepi relatif kecil. Jika lebar bukaan menghampiri panjang gelombang, penyebaran menjadi jauh lebih ketara. Hubungan yang sama membantu menerangkan mengapa bunyi berfrekuensi rendah lebih mudah kedengaran di sebalik halangan besar berbanding cahaya tampak, yang mempunyai panjang gelombang sangat kecil.
Prinsip Huygens menerangkan bagaimana hadapan gelombang merebak
Dalam prinsip Huygens, setiap titik pada hadapan gelombang boleh dipandang sebagai sumber gelombang kecil baharu. Gelombang kecil ini bertindih dan membentuk hadapan gelombang seterusnya. Pada bukaan sempit, sumbangan dari bahagian berbeza bukaan tersebar pada pelbagai arah lalu menghasilkan corak yang tidak dapat diterangkan oleh model sinar lurus sahaja.
Pembelauan menghasilkan corak dan mengehadkan resolusi
Bagi cahaya yang melalui satu celah, gelombang dari bahagian berlainan celah boleh saling menguatkan atau melemahkan lalu menghasilkan jalur terang dan gelap. Pada bukaan bulat seperti kanta atau cermin teleskop, imej titik menjadi tompok pembelauan dan bukannya titik sempurna. Oleh sebab itu, saiz bukaan dan panjang gelombang menetapkan had asas kepada keupayaan alat optik membezakan dua objek yang sangat rapat. Bagi bukaan bulat berdiameter D, sudut terkecil yang masih dapat dibezakan ialah kira-kira θ ≈ 1.22λ/D (kriteria Rayleigh).
Contoh bunyi lawan cahaya: bunyi bernada 100 Hz dengan laju 343 m/s mempunyai λ = v/f ≈ 3.4 m, jauh lebih besar daripada lebar pintu 1 m, jadi ia membelau dengan kuat dan boleh didengar di sebalik sudut. Cahaya tampak berpanjang gelombang kira-kira 500 nm (5 × 10⁻⁷ m), ribuan kali lebih kecil daripada pintu itu, jadi pembelauannya hampir tidak kelihatan dan kita tidak dapat melihat di sebalik sudut. Contoh resolusi: pupil mata berdiameter D ≈ 2 mm dan cahaya 550 nm memberi θ ≈ 1.22 × (550 × 10⁻⁹)/(2 × 10⁻³) ≈ 3.4 × 10⁻⁴ rad, iaitu kira-kira 1.2 minit lengkok. Ini ialah had pembelauan; mata sebenar turut dipengaruhi oleh kecacatan optik dan sel retina.
Sejarah ringkas
Francesco Grimaldi memerhatikan pembelauan cahaya pada abad ke-17 dan menamakannya diffractio. Lord Rayleigh merumuskan kriteria resolusi bagi bukaan pada 1879.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Bilakah pembelauan biasanya paling ketara?