3.3.Рассеяние света

Если на пути волн оказывается какое-то препятствие, размер которого намного меньше длины волны (например, шест или небольшой камень на реке), то волна обходит его, «не замечая». Но если преграда соизмерима или больше длины волны (например,

опора моста), то волны «отражаются» – образуется система вторичныхволн.

Размеры молекул намного меньше длины световых волн. Поэтому свет в прозрачных средах «огибает» молекулы и идет только вперед (по прямой). Если же в среде есть включения, размеры которых намного превышают длину световых волн (аэрозоли, дым, туман и пр.), то такие («мутные») среды рассеиваютсвет по всем направлениям, т.к. волны, отраженные от отдельных непрозрачных включений,некогерентны. Луч света, идущий в мутной среде, виден «со всех сторон» (вспомните, как становится видимым лучик света, прошедший через отверстие в шторке окна, если пустить на него табачный дым). Это явление называетсяявлением Тиндаляи объясняется рассеянием световых волн на непрозрачных включениях.

В конце прошлого века (1899г.) Рэлей установил сильную зависимость рассеяния от частоты световых волн:

Интенсивность рассеянного света пропорциональна четвертойстепени его частоты.

Закон Рэлея объясняет, например, почему наше небо голубое: сильнее всего рассеивается высокочастотная часть видимого спектра – голубой и синий цвета. Еще сильнее рассеивается ультрафиолетовый свет (поэтому загорать можно, даже если солнце спряталось за облака – рассеянный ультрафиолет доходит до нас «со всех сторон»!). Низкочастотная часть спектра рассеивается значительно меньше, что и придает солнечному свету желтоватый или даже красноватый оттенок.

Внимательный читатель может спросить: «Как же свет может рассеиваться на молекулах воздуха, если они меньше длины световой волны?» И будет прав: на молекулахсвет не рассеивается. Но при тепловом движении в атмосфере непрерывно образуются и распадаются сгущения и разрежения молекул (флуктуации плотности), размеры которых намного превышают длину световых волн. Вот на этих-то флуктуациях и рассеивается солнечный свет в соответствии с законом Рэлея.

3.4.Дисперсия света

Мы уже говорили (см. п.1.2.2.), что скорость света в веществе vменьше скорости светасв вакууме, а отношениеопределяетоптическую плотность(абсолютный коэффициент преломления) этой среды. До сих пор мы не видели в этом противоречия – ведь веществоплотнеевакуума, значит и свету в нем двигаться «труднее»! Но собственно вещество (ядра атомов) занимает ничтожную10^-14!) долю пространства, то есть свет в веществе двигается практически в вакууме. Вместе с тем скорость света в веществе может быть значительно (например, для алмаза – в 2,5 раза!) меньше, чем в вакууме. Как это понять?

Это противоречие объясняется механизмом распространения света в веществе, который мы описали выше (см. п.1.3.1). Свет от атома до атома движется толькосо скоростьюс, но движется в веществе с «остановками» на переизлучение электронами атомов (см. ниже – Е.-п.2.3). Так теряетсреднююскорость движения пригородная электричка, которая останавливается «у каждого столба».

Оптическая плотность среды n(а следовательно, и скоростьvраспространения света в веществе) разная для световых волн различной частоты (разных цветов).

Зависимость средней скорости света в веществе от частоты световой волны называется дисперсией света.

Линейная частота связана с циклическойсоотношением. Поэтому дисперсию света в веществе характеризуют обычно производной.

Дисперсия света, при которой с ростом частоты оптическая плотность среды убывает (>0), называетсянормальнойдисперсией. При этом скорость света в среде убывает. Если свет с увеличением частоты движется в веществе быстрее (то есть <0), то такая дисперсия называетсяаномальной.