ФИЗИКА
С классической точки зрения процесс рассеяния света заключается в том, что свет, проходящий через вещество, вызывает колебания электронов в атомах. Колеблющиеся электроны возбуждают вторичные волны, распространяющиеся по всем направлениям. Это явление, казалось бы, должно при всех условиях приводить к рассеянию света. Однако вторичные волны являются когерентными, так что необходимо учесть их взаимную интерференцию.
Соответствующий расчёт даёт, что в случае однородной среды вторичные волны полностью гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Поэтому перераспределения света по направлениям, т.е. рассеяния, не происходит.
Вторичные волны не погашают друг друга в боковых направлениях только при распространении света в неоднородной среде. Световые волны, дифрагируя на неоднородностях среды, дают дифракционную картину, характеризующуюся довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям.
Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света. Среды с явно выраженной оптической неоднородностью носят название мутных сред.
К их числу относят:
1) дымы, т.е. взвеси в газах мельчайших твёрдых частиц;
2) туманы – взвеси в газах мельчайших капелек жидкости;
3) взвеси или суспензии, образованные плавающими в жидкости твёрдыми частичками;
4) эмульсии, т.е. взвеси мельчайших капелек одной жидкости в другой, не растворяющей первую;
5) твёрдые тела вроде перламутра, опалов, молочных стёкол и т.п.
Свет, рассеянный на частицах, размеры которых значительно меньше длины световой волны, оказываются частично поляризованными. Это объясняется тем, что колебания электронов, вызванные рассеиваемым световым пучком, происходит в плоскости, перпендикулярной к пучку (рис. 5.5.5).
Рис. 5.5.5 |
Колебания вектора 
во вторичной волне происходит в плоскости, проходящей через направление колебаний зарядов. Поэтому свет, рассеиваемый частицами в направлениях, перпендикулярных к пучку, будет полностью поляризован.
В направлениях, образующих с пучком угол, отличный от прямого, рассеянный свет поляризован только частично.
В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения света убывает быстрее, чем в случае одного лишь поглощения. Поэтому для мутного вещества в выражении (5.3), наряду с коэффициентом поглощения, должен стоять добавочный коэффициент x', обусловленный рассеянием:
(5.5.5)
.
Постоянная x' называется коэффициентом экстинкции.
Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной световой волны (не более ~0,1λ), интенсивность рассеянного света I оказывается пропорциональной четвёртой степени частоты или обратно пропорциональной четвёртой степени длины волны:
(5.5.6)
.
Эта зависимость носит название закона Рэлея. Её происхождение легко понять, если учесть, что мощность излучения колеблющегося заряда пропорциональна четвёртой степени частоты, т.е. обратно пропорциональна четвёртой степени длины волны.
Даже тщательно очищенные от посторонних примесей и загрязнений жидкости и газы в некоторой степени рассеивают свет. Причиной появления в этом случае оптических неоднородностей являются флуктуации плотности (т.е. наблюдаемые в пределах малых объёмов отклонения плотности от её среднего значения). Эти флуктуации вызваны беспорядочным движением молекул вещества, поэтому обусловленное ими рассеяние света называется молекулярным.
Молекулярным рассеянием объясняется голубой цвет неба. Непрерывно возникающие в атмосфере вследствие беспорядочного движения молекул места сгущения и разрежения воздуха рассеивают солнечный свет. При этом, согласно закону (5.5.6), голубые и синие лучи рассеиваются сильнее, чем жёлтые и красные, обусловливая голубой цвет неба. Когда Солнце находится низко над горизонтом, распространяющиеся непосредственно от него лучи проходят большую толщу рассеивающей среды, в результате чего они оказываются обогащёнными бóльшими длинами волн. По этой причине небо на заре окрашивается в красные тона.
Особенно благоприятные условия для возникновения значительных флуктуаций плотности имеются вблизи критического состояния вещества (в критической точке 
). Эти флуктуации приводят к столь интенсивному рассеянию света, что «на просвет» стеклянная ампула с веществом кажется совершенно чёрной.
Это явление называется критической опалесценцией.
к к к