SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG
Từ kinh nghiệm hàng ngày, ta biết rằng hai ngọn đèn đồng thời sẽ cho lượng ánh sáng lớn hơn mỗi cái đèn riêng rẽ. Nhưng cũng xảy ra cả trường hợp ngược lại. Thực nghiệm lịch sử đầu tiên quan sát được điều nghịch lý ấy khi thoạt nhìn vào hiện tượng - đó là các vòng vân Newton, biểu thị sự ảnh hưởng lẫn nhau của các sóng ánh sáng, tức là sự giao thoa của chúng.
Mắt người ta nhìn thấy được gì trong sóng ánh sáng? Các nhà thực nghiệm đã chứng minh rằng dưới tác dụng của điện trường của sóng, phát sinh kích thích trong quang thụ quan - cơ quan cảm nhận ánh sáng của mắt với sự nhạy cảm không phải với độ lớn hay hướng của cường độ điện trường 
mà với năng lượng hay cường độ bức xạ I, tỷ lệ với E2. Mắt không thể phân biệt (tách biệt) các tín hiệu dao động của năng lượng nếu chúng xảy ra quá 10 lần trong 1 giây (gọi là quán tính của thị giác trên cơ sở đó mà có ngành chiếu bóng và truyền hình). Các dao động bị dính nhòe thành một tín hiệu không đổi, chỉ phụ thuộc vào năng lượng trung bình của ánh sáng và năng lượng, đến lượt nó, lại tỷ lệ với bình phương biên độ dao động của cường độ điện trường tổng cộng.
Có nghĩa là để tính kết quả cộng sóng nhìn thấy được, chỉ cần tìm biên độ tổng cộng của các sóng thu được. Đối với hai dao động điện trường với biên độ E1 và E2, có tần số như nhau và lệch một pha không đổi 
theo nguyên lý chồng sóng, biên độ tổng công sẽ bằng:
Vì cường độ ánh sáng quan sát được là tỉ lệ với bình phương cường độ trường, ta thu được biểu thức cho cường độ ltổng của Chùm giao thoa:
Với l1, l2 là cường độ các chùm sáng thứ nhất và thứ hai tương ứng. Từ công thức (l) suy ra các kết luận thú vị: ở các điểm mà cosin của hiệu số pha các dao động ánh sáng là dương thì cường độ quan sát thấy cao hơn tổng cường độ các chùm tới vì chúng khuếch đại lẫn nhau. Còn ở nơi cosin góc lệch pha là âm, kết quả sẽ ngược lại: các chùm sáng từ nguồn khác nhau lại dập tắt lẫn nhau. Nếu cường độ các chùm bằng nhau thì do sự giao thoa có thể nhận được ánh sáng với cường độ gấp từ không tới bốn lần. Hiệu số pha biến thiên dần dần từ điểm này tới điểm khác. Vì vậy kề bên vùng tối sẽ là vùng sáng, năng lượng ánh sáng được phân bố lại giữa các điểm ấy.
Giờ đây ta đã hiểu rõ vì sao vân Newton được hình thành. Sóng ánh sáng đi tới hệ thống ''thấu kính tấm phẳng'' phản xạ một phần từ mặt dưới của thấu kính, một phần thì từ bề mặt của tấm phẳng. Cộng hai sóng phản xạ sẽ cho một bức tranh giao thoa. Nếu các sóng thứ nhất và thứ hai đi tới điểm quan sát bằng các con đường khác nhau, và nếu ''đỉnh'' sóng này cộng lên ''bụng'' của sóng kia (
rad) thì ở điểm đó các sóng giao thoa làm yếu lẫn nhau. Còn nếu “đỉnh” gặp ''đỉnh'' (
) sóng sẽ được tăng cường lên. Có nghĩa là dể quan sát được sự tăng cường ánh sáng, thì một trong các sóng phải chạy hơn một khoảng cách bằng số nguyên lần bước sóng so với sóng kia (điều kiện cực đại). Còn để làm yếu nhau thì hiệu quãng đường là số nguyên bước sóng cộng với nửa bước sóng (điều kiện cực tiểu).
Xem xét ảnh của vân Newton rồi thì có thể lý giải sự mâu thuẫn giữa lý thuyết với thực nghiệm: ở tâm bức ảnh - nơi hiệu quãng đường của hai chùm tia phản xạ bằng không tức là bằng một số nguyên bước sóng, luôn có vết tối thay vì vết sáng được tiên đoán! Lời giải cho câu đố ấy do Young tìm ra: khi phản xạ từ các vật đặc xít, sóng bị dịch pha so với sóng tới đúng một nửa bước sóng, ''đỉnh'' bị thay bằng “bụng” và ngược lại.
Các sóng phản xạ từ các mặt khác nhau, có thể coi là đi đến từ các nguồn khác nhau. Vì sao bức tranh giao thoa không quan sát được khi chiếu sáng tờ giấy chẳng hạn, bằng hai ngọn đèn khác nhau? Ngay từ thời của mình, Young đã hiểu rằng giao thoa từ hai nguồn sáng độc lập là không thể quan sát được: nếu nói riêng, bước sóng (cũng có nghĩa là tần số của chúng) chỉ cần khác biệt nhau một chút, thì ''đỉnh'' các sóng khác nhau ở điểm quan sát sẽ tuần tự đến và đi. Sự khuếch đại sẽ luân phiên được thay bằng sự suy yếu, và ngược lại; hơn nữa diễn ra rất nhiều lần (khi hiệu số bước sóng chỉ bằng 1% các cực đại và cực tiểu thay đổi nhau 1013 lần mỗi giây). Vì vậy không có thiết bị nào, không con mắt nào không tấm phim ảnh nào có thể chụp ảnh được bức tranh giao thoa ấy. Người ta nói rằng trong trường hợp này các nguồn sóng là không đồng bộ (hay không kết hợp). Đó là lý do vì sao một ngọn đèn trên bàn không thể làm ''tắt'' cái khác.
Các sóng kết hợp hay đồng bộ thu được bằng nhiều cách khác nhau. Chẳng hạn trong thí nghiệm của Young thì dùng cách cách mặt đầu sóng. Các sóng sẽ giao thoa nhau được nếu được tạo ra bằng hai lỗ được chiếu sáng bởi cùng một nguồn sáng điểm (nguồn sáng này được tạo thành bằng cách cho ánh sáng đi qua lỗ nhỏ thứ ba của tấm chắn phía trước).
Khi quan sát vân Newton thì dùng cách chia tách biên độ. Sóng tới rọi lên mặt phản xạ một phần được tách ra thành hai. Thực thế, khi chiếu ánh sáng trắng thì độ nét hay độ tương phản của vân giảm dần từ tâm tới rìa, các sóng có hiệu “quãng đường đi” lớn có thể bị trải rộng ra và chúng kết hợp (đồng bộ) chỉ một phần thôi. Nguyên do rất đơn giản: nếu ở các sóng cùng một màu (cùng một bước sóng) ở một hiệu đường đi nào đó quan sát thấy cực tiểu thì ở sóng màu khác ở cùng điểm ấy có thể lại là cực đại. Vì vậy các vân tối bị nhòe theo các
rìa của nó (chúng bị nhuộm thành màu đỏ hoặc chàm) rồi sau đó bị nhoè toàn bộ vân (các vân ở xa tâm ít tương phản nên hoàn toàn hiện màu). Còn ở chỗ nào hiệu đường đi của các tia vượt quá vài micrômet thì mắt người không còn có thể phân biệt được các vân nữa. Nếu trong thí nghiệm sử dụng không phải là tia sáng trắng mà tia sáng đỏ hay chàm chẳng hạn thì số lượng vân nhìn thấy sẽ nhiều lên do độ tương phản của bức tranh được gia tăng (điều này được biết từ thời Newton). Vả lại, trong các tia phản xạ từ mặt dưới tấm và mặt trên lăng kính không tham dự vào sự giao thoa chính vì tính kết hợp một phần: hiệu quãng đường đi của chúng quá lớn.
Bức ảnh tương tự có thể được tạo ra bởi bất kỳ mặt hay lớp mỏng nào có bề dày khoảng 1micrômet: sự giao thoa của các tia phản xạ từ hai mặt của nó hiện ra khá rõ. Dễ dàng tính được với bước sóng nào sẽ quan sát được cực đại gia tăng ánh sáng (hiệu số pha của các sóng phản xạ bằng không). Khi quan sát các bọt xà phòng nổi màu cầu vồng hay các vệt dầu loang trên mặt nước, có thể ''nhận ra'' mức độ không đồng nhất của bề dày của chúng đo được hàng phần trăm micrômet!
Với sự ra đời các laze (laser) có thể nhận được một cách đơn giản ánh sáng chứa các tia cùng một màu (gọi là tia đơn sắc), nhờ đó có thể quan sát hiện tương giao thoa sóng với hiệu đường đi lớn (tới xăngtimet, thậm chí hàng mét). Vì thế ngày nay thiết bị “giao thoa kế” interferometer) được sử dụng phổ biến. Dùng thiết bị này có thể đo được sự xê dịch các vật hay độ lồi lõm bề mặt vật với độ chính xác tới một phần của bước sóng ánh sáng tức là tới phần mười micrômet.
