Ейконал — фізична величина, яка описує зміну фази хвилі в просторі й часі.

В певному сенсі це величина аналогічна еквіпотенціальним поверхням електричного поля — світло розповсюджується перпендикулярно до поверхні зі сталим ейконалом так само, як електричне поле направлене перпендикулярно до еквіпотенціальної поверхні.

Математичне визначення

У випадку, коли світлові промені чи інші хвилі відбиваються й заломлюються різноманітними об'єктами, фронт хвилі може бути достатньо складним. Проте, якщо розміри перешкод набагато більші за довжину хвилі, в кожному окремому об'ємі простору можна наближено вважати хвилю плоскою й подати її у вигляді ,

де амплітуда a незначно змінюється в просторі. Величина називається ейконалом. Для плоскої монохроматичної хвилі ейконал .

У загальному випадку ейконал задовільняє рівнянню ейконала, яке називають основним рівнянням геометричної оптики

де  — 4-вектори.

У випадку монохроматичного світла, тобто світла із визначеною частотою ω, ейконал можна подати у вигляді .

В такому випадку основне рівняння оптики набирає вигляду: ,

де c — швидкість світла у порожнечі.

При розповсюдженні світла в середовищі із залежним від координати показником заломлення , рівняння ейконалу має вигляд:

В такому випадку основне рівняння оптики набирає вигляду: .

Ейконал часто нормують на величину , і тоді .

Хвильова поверхня, яка задає фронт хвилі, визначається сталістю ейконала: .

Напрям розповсюдження світла визначається градієнтом ейконала.

Крім оптики поняття ейконала використовується також у квантовій механіці, хвильові рівняння якої мають багато спільного з хвильовими рівняннями оптики, особливо у випадку малої довжини хвилі в порівнянні із розмірами об'єктів. У цьому випадку хвильова оптика зводиться до геометричної, а квантова механіка переходить до класичної механіки.

Загальна теорія відносності В гравітаційному полі рівняння для визначення ейконала набирає вигляду ,

де задає метрику простору-часу.

Див. також Функція відстані зі знаком

Література