Las ondas siguen el denominado principio de superposición, que afirma que cuando dos ondas se encuentran en el espacio se combinan en ese punto de encuentro, siguiendo posteriormente cada una de ellas su camino anterior sin producirse ninguna variación ni en su amplitud ni en su frecuencia ni en su fase.
La fase de una onda respecto a otra de la misma frecuencia es el alineamiento relativo de sus máximos y sus mínimos. Se dice que dos ondas están en fase cuando sus máximos y sus mínimos respectivos coinciden exactamente. Se dice que dos ondas están desfasadas 180 grados cuando el máximo de una coincide con el mínimo de la otra.
Hemos visto que, si dos ondas coinciden en el espacio, su interacción permanece mientras dura esa coincidencia. Por tanto, si tenemos dos ondas superpuestas y viajando en la misma dirección, su interacción será permanente, produciendo lo que se denomina interferencia, y la onda resultante será la suma de las dos ondas iniciales.
Si las ondas tienen la misma frecuencia, y están en fase, se dice que su interferencia es constructiva, dando lugar a una onda resultante de la misma frecuencia cuya amplitud es mayor que las amplitudes de las ondas originales.
Si las ondas están desfasadas 180 grados, se dice que su interferencia es destructiva, ya que si sus amplitudes son iguales, la amplitud de la onda resultante es cero.
Esto, por supuesto, es una simplificación, porque supondría que la energía contenida en ambas ondas desaparecería. En realidad, no hay ondas infinitamente delgadas, por lo que al superponer dos ondas, se dan interferencias constructivas en unas zonas y destructivas en otras.
La interferencia tiene un papel muy importante en la difracción de las ondas. Cuando la radiación electromagnética encuentra un obstáculo a su paso, la dirección de propagación de los rayos próximos al borde del obstáculo sufre una desviación. La desviación es en general lo suficientemente pequeña como para que apenas nos demos cuenta de que ocurre. Éste es el fenómeno conocido como difracción.
Sin embargo, es sencillo comprobar sus efectos sin más que colocar dos dedos frente a una fuente de luz a una distancia de unos 10 cm de nuestros ojos, y aproximarlos uno a otro hasta que se encuentren a 1 mm aproximadamente. Con un ligero ajuste de esta distancia podremos observar franjas claras y oscuras debidas a la interferencia (constructiva y destructiva) de las ondas que sufren difracción al pasar entre los dedos.
La razón por la que ocurre la difracción no es obvia. Christian Huygens hacia la mitad del siglo XVII, propuso una teoría que, aunque parezca extraño, todavía explica bastante bien las observaciones. Podemos suponer que la radiación electromagnética se propaga como ondas planas (la figura que ilustraba el fenómeno de la refracción representaba la radiación como ondas planas).
Huygens supuso que ese caso es equivalente a tener, en cada punto del frente plano, una fuente de ondas que se propagan en todas direcciones. Las ondas dirigidas hacia los lados se anulan con las emitidas por los puntos vecinos del frente de forma que la onda sigue siendo plana.
Si, bajo estas hipótesis, la onda encuentra un obstáculo, los puntos situados junto a su borde van a emitir ondas que no se ven contrarrestadas en los laterales produciendo así el efecto aparente de desviar la dirección de propagación.
Supongamos que un cierto tipo de radiación electromagnética (por ejemplo, luz visible) es bloqueada por una superficie (llamémosla pantalla) poco después de haber pasado por el obstáculo, como en la figura de la izquierda. (figura)
Entonces, dado un punto de la pantalla, la distancia recorrida por las ondas producidas en los bordes del obstáculo (ondas A y E en el esquema) será distinta (mayor o menor) que la recorrida por las que lo atraviesan (B, C y D).
El resultado es que, en algunos puntos de la pantalla, las ondas que se superponen están desfasadas unas respecto a otras, mientras que a otros puntos llegan en fase. En estos últimos se producirá una interferencia constructiva que dará lugar a una región iluminada.
Por el contrario, en los puntos a los que llegue radiación con diferencias de fase de 180 grados se producirá una interferencia destructiva y quedarán, por lo tanto, sin iluminar.
Los efectos de la difracción son más visibles si la luz que produce el fenómeno es monocromática, esto es, si está compuesta de ondas de la misma frecuencia.
Las consecuencias que implica la difracción son importantes, tanto para los telescopios que operan en el rango óptico como para los radiotelescopios, ya que la difracción que se produce en los bordes de la apertura de un telescopio limita su poder de resolución. En radio, el hecho de que las longitudes de onda sean mayores, implica que las figuras de difracción (los patrones de bandas brillantes y oscuras alternadas) son de mayor tamaño, empeorando así la resolución de las imágenes. Este efecto puede ser atenuado si observamos con radiotelescopios de gran tamaño o empleando conjuntos interferométricos.
La imagen que se muestra a continuación representa un patrón de difracción típico de una estrella, obtenido al enfocar los rayos de luz en un punto mediante un telescopio óptico de lente convergente.
