Co je to elektromagnetický rozptyl?

Elektromagnetický rozptyl je fyzický účinek elektromagnetické vlny, jako jsou světelné nebo radiové vlny, dopadající na předmět. Namísto postupování v přímé linii, jak světelné vlny neomezují, se světlo lomuje nebo odrazí od mikroskopických textur v objektu. Elektromagnetický rozptyl je často zodpovědný za vzhled barvy a má několik odlišných forem.

Vzhledem k dostatečným znalostem o rozptylových částicích a vlnách je možné předpovědi, jak bude světlo rozptylovat. Proces může také fungovat obráceně, protože vědecké pozorování rozptylu může poskytnout informace o příchozí vlně a částicích, které ji rozptylují. Studium rozptylu vedlo k důležitým pokrokům v několika oblastech, včetně počítačově generovaných snímků, radarů a lékařské technologie.

Proč je obloha modrá, je populární otázka, kterou lze vysvětlit elektromagnetickým rozptylem. Rayleighův rozptyl je založen na experimentech anglického vědce z počátku 20. století Johna Strutta, třetího barona Rayleigha. Jeho práce byla prováděna na rozptylových účincích světelných vln na částice menší než příchozí vlny. Protože modrá má krátkou vlnovou délku, je zvláště náchylná k rozptylu, protože odrazí od částic plynu ze vzduchu obklopujícího Zemi. Červené, žluté a oranžové odstíny jsou mnohem delší vlnové délky, proto jsou na obloze viditelné pouze při pohledu blízko nebo na slunce.

Vzhledem k malé velikosti rozptylových částic v Rayleighově rozptylu se tvar částic nepovažuje za významný. Větší střediska rozptylu jsou pokryta Mie teorií elektromagnetického rozptylu, pojmenovaná pro německého fyzika Gustava Mieho. Mie určil, že změny barvy a neprůhlednosti jsou určující pro velikost a tvar centra rozptylu. Jeho práce je považována za zvláště užitečnou při pochopení elektromagnetického rozptylu v mlze nebo v oblacích.

Řešení Rayleigh a Mie jsou považována za elastická, což znamená, že rozptyl vln významně neoslabuje jejich energii. Existuje také několik dalších forem, které se zabývají změnami energie v důsledku elektromagnetického rozptylu, včetně Brillouina, Ramana a Comptonova rozptylu. Comptonův rozptyl je považován za zvláště významný, protože poskytuje důkaz, že světlo může mít vlastnosti jak vlny, tak proudu částic. Neelastický elektromagnetický rozptyl se používá v několika oborech, včetně astrofyziky, rentgenové technologie a při měření elastické odezvy živé tkáně.

Elektromagnetický rozptyl je ve své podstatě jednoduchý koncept, viditelný v každodenních situacích. Vědecké studium rozptylu je nesmírně složité a ani různá výše uvedená řešení zcela nevysvětlují účinky a výsledky všech rozptylových situací. To, co bylo objeveno, vedlo k obrovským vědeckým inovacím v technikách zobrazování a konečně nám umožnilo pochopit přesně, proč je obloha modrá.