الحيود

الحيود انتشار أمواج الماء أو موجات الصوت أو الضوء أو أي شيء آخر حينما تمر بحافة عائق أو خلال فتحة. ويفسر الحيود سبب انتشار أمواج الماء في جميع الاتجاهات بعد عبورها قناة ضيقة، وهي تفسر أيضًا كيف يمكن سماع الصوت حول زاوية عندما لايوجد ممر مستقيم من المصدر إلى الأذن.
يختلف حيود الضوء عن حيود الصوت؛ لأن الحيود غالبًا ما يكون أكثر وضوحًا حينما يكون للعائق نفس حجم الموجة الحائدة. فالأمواج الصوتية التي نسمعها يساوي طولها الموجي حوالي متر، وتحيَّد بوساطة الأشياء المألوفة. ولكن موجات الضوء المرئية يكون طولها الموجي أقل من 0,00007سم. وهكذا، فإن الموجات الضوئية يمكن أن تحيَّد بشكل واضح خلال الأشياء الدقيقة فقط.
كيف يحدث الحيود. يحدث الحيود في كل الموجات وفي كل الأوقات. ولفهم السبب الذي يجعل الحيود مرئيًا حينما يكون حجم العائق قريبًا من طول الموجة الحائدة، على الشخص أن يفهم كلاً من الحيود والتداخل. أوضح كريستيان هايجنز، العالم الهولندي، القاعدة التي تفسر سبب حدوث الحيود. وطبقًا لهذه القاعدة فإن كل نقطة على سطح الموجة هي منبع لموجات صغيرة تتحرك نحو الخارج في جميع الاتجاهات. ولإيجاد مجموع الموجات الواصلة إلى منطقة ما، يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار كافة الموجات الصغيرة التي تصدم المنطقة. فإذا وصلت قمتا موجتين صغيرتين إلى نقطة ما في الوقت نفسه، فإنهما تقوِّيان بعضهما بعضًا، ويطلق على هذه الحالة التداخل البناء، وتكون الموجة الناتجة كبيرة. وإذا وصلت قمة موجة ما إلى نقطة ما في نفس الوقت الذي تصل فيه قاع موجة أخرى، فإن الموجتين تبطلان بعضهما بعضًا. ويطلق على هذه الحالة التداخل الهدام، وتكون الموجة الناتجة صغيرة أو معدومة. انظر: التداخل.
يسير شعاع الضوء في اتجاه مستقيم لأن تأثيرات الحيود خارج الشعاع تكون معدومة نتيجة التداخل الهدام. وتنتشر الموجات الصغيرة عند حافة الشعاع، ولكن أغلب الضوء يسير في اتجاه مستقيم مع الشعاع. وعندما يمر الضوء ضمن فتحة دقيقة، فإن التداخل يحدث فقط بين الموجات الصغيرة الخارجة من الفتحة. وتنتج هذه الموجات الصغيرة نمط حيود، لأن معظم التداخل الهدام قد تم استبعاده.
يمكن أيضًا ملاحظة حيود الضوء الصادر من منبع ضوئي دقيق جدًا، إذا تمت إزالة بعض الضوء وبالتالي تداخله. فالقرص الموضوع على مسار منبع ضوئي يوقف الموجات الصغيرة التي تنشأ خلف القرص. وعند النقاط التي تقع وراء القرص، فإن الموجات الصغيرة المهملة تكون مفقودة، ليس فقط ضمن ظل القرص، ولكن أيضًا خارج الظل، حيث يتحتم تداخلها بشكل بناء. ويتألف نموذج الظل المتشكل على شاشة خلف القرص من سلسلة من الحلقات المتناوبة من الضوء والظلمة ضمن منطقة الظل وحولها. وتتشكل نقطة مضيئة في مركز الظل لأن كل الموجات في تلك المنطقة تتداخل تداخلاً بناءً، وتقوم بذلك لأنها تكون قد اجتازت جميعاً المسافة نفسها من حافة القرص.
استعمالات الحيود. استُعمل حدوث الحيود اختبارًا لمعرفة ما إذا كانت الأشياء المختلفة موجات أم لا. فحيود الأشعة السينية، بوساطة البلورات مثلاً أقنع العلماء أن الأشعة السينية موجات. ويعتمد نمط حيود الأشعة السينية على شكل وتوزع الذرات في المادة الحائدة. وهذه الحقيقة قد استعملت لدراسة تركيب البلورات بوساطة حيود الأشعة السينية، ولكشف تركيب البروتينات والأحماض النووية.
و حاجز الحيود المشبَّك (محززة الحيود) صفيحة زجاجية عليها خطوط منتظمة بينها أبعاد صغيرة متساوية. ويمكن للضوء المرور بين الخطوط فقط. والفجوات الطولية تكون متباعدة بعضها عن بعض، بمسافة تساوي طول الموجة الضوئية. وعندما يسقط شعاع متوازٍ من ضوء أبيض على حاجز مشبك، يظهر نموذج من الضوء مختلف الألوان على الشاشة خلف الحاجز. وتظهر الألوان لأن الضوء الأبيض يتألف من ألوان مختلفة ذات أطوال موجية مختلفة. وتنحرف هذه الموجات الأطول بزوايا أكبر. ويستطيع العلماء التعرف على مادة ما بوساطة نموذج الألوان التي تنتجها خلال حاجز الحيود المشبَّك.