Koherentsed lained

Koherentseteks laineteks nimetatakse füüsikas laineid, millel on konstantne faasivahe ja püsiv sagedus. See annab lainetele ideaalse omaduse, mis võimaldab statsionaarses olekus interferentsi. Koherentsete lainete kohtumisel tekib interferents, kus lained tugevdavad või nõrgendavad üksteist.^[1] Koherentsus sisaldab mitmeid erinevaid kontseptsioone piirjuhtudele, mis tegelikult reaalsuses ei esine. Samas võimaldavad need paremini mõista lainete füüsikalisi omadusi, mistõttu interferents on ka üks kõige olulisemaid põhimõisteid kvantmehaanikas. Üleüldiselt väljendab koherentsus korrelatsioone lainete või mitme lainepaketi füüsikaliste suuruste vahel.

Matemaatilises mõistes ei ole interferents midagi enamat kui juurde lisatud lainete funktsioonid. Kvantmehaanikas võib üksik laine iseendaga seguneda, see tuleneb tema kvantomadusest, kus laine võib sellegipoolest jaotuda kaheks (vaata Youngi kahepilu katset). See tähendab, et konstruktiivne või destruktiivne interferents on piirjuhud, ning seetõttu võivad nende lained alati üksteist liita, isegi siis kui tulemus võib olla keeruline või ei ole märkimisväärne.

Kahe laine segamisel võivad need omavahel luua laine, mille amplituud on suurem kui nende kummagi algsed amplituudid, lained tugevdavad üksteist (konstruktiivne interferents). Võib toimuda ka lainete nõrgenemine, kus uue laine amplituud on algsetest palju väiksem (destruktiivne interferents). Konstruktiivne ja destruktiivne interferents sõltuvad faasivahest. Kaks lainet on koherentsed, kui neil on konstantne suhteline faas. Koherentsuse astet^[2] mõõdetakse interferentsipildi nähtavusega, mis näitab, kui hästi lained üksteist kustutavad destruktiivse interferentsiga.

Ruumiline koherentsus kirjeldab korrelatsiooni lainete vahel, mis asuvad ruumi eri punktides. Ajaline koherentsus kirjeldab korrelatsiooni või ennustavat suhet lainete vahel, mis on vaadeldud erinevatel ajamomentidel. Mõlemad on jälgitavad nii Michelsoni-Morley katses^[3] kui ka Youngi interferentsi katses^[4]. Kui Michelsoni-Morley katsest on äärised leitud ning kui ühte peeglit liigutakse aeglaselt eemale, siis laine peab läbima pikema aja ning seetõttu muutuvad ääred rohkem tuhmimaks kuni kaovad täienisti, näidates ajalist koherentsust. Sarnaselt Youngi kahe pilu katsega, kus kahe pilu kauguse suurendamisel koherents väheneb, kuni kõik ääred kaovad, näidates ruumilist koherentsust.

Koherentsus pärineb algselt Thomas Youngi kahe pilu katsest, kuid nüüd kasutatakse seda laialdaselt näiteks akustikas, elektrotehnikas, neuroteaduses ja kvantmehaanikas. Koherentsed omadused on aluseks ka sellistele kaubanduslikele rakendustele nagu holograafia, Sagnaci güroskoop, liitantennid, optiline koherentne tomograaf ja raadioteleskoop.