Hvad er elektromagnetisk spredning?
Elektromagnetisk spredning er den fysiske effekt af en elektromagnetisk bølge, såsom lys- eller radiobølger, der rammer et objekt. I stedet for at gå videre i en lige linje, når lysbølger ikke forhindres, brydes lyset eller sprænges af mikroskopiske strukturer i objektet. Elektromagnetisk spredning er ofte ansvarlig for udseendet af farve og har flere forskellige former.
Givet tilstrækkelig viden om spredningspartikler og bølger er forudsigelse af, hvordan lys vil sprede sig, muligt. Processen kan også arbejde modsat, da videnskabelig observation af spredning kan give information om den indkommende bølge og de partikler, der spreder den. Undersøgelsen af spredning har ført til vigtige fremskridt på flere områder, herunder computergenereret billedmateriale, radar og medicinsk teknologi.
Hvorfor himlen er blå er et populært spørgsmål, der kan forklares med elektromagnetisk spredning. Rayleigh-spredning er baseret på eksperimenterne fra en engelsk engelsk videnskabsmand i det tidlige 20. århundrede, John Strutt, den tredje baron fra Rayleigh. Hans arbejde blev udført på lysbølgernes spredningseffekter på partikler, der er mindre end de indkommende bølger. Fordi blå har en kort bølgelængde, er den især modtagelig for spredning, da den afskærer gaspartikler i luften, der omgiver Jorden. Røde, gule og orange nuancer er meget længere bølgelængder, hvorfor de kun er synlige på himlen, når man ser tæt på eller mod solen.
På grund af den lille størrelse med spredningspartikler i Rayleigh-spredning betragtes formen af partiklerne ikke som signifikant. Større spredningscentre er omfattet af Mie-teorien om elektromagnetisk spredning, opkaldt efter den tyske fysiker Gustav Mie. Mie bestemte, at ændringer i farve og opacitet er bestemmende for størrelsen og formen på spredningscentret. Hans arbejde betragtes som særlig nyttig til forståelse af elektromagnetisk spredning gennem uklarheder eller skyer.
Både Rayleigh og Mies løsninger betragtes som elastiske, hvilket betyder, at spredningen af bølger ikke svækker deres energi væsentligt. Flere andre former, der beskæftiger sig med energiforskydninger på grund af elektromagnetisk spredning, findes også, herunder Brillouin, Raman og Compton-spredning. Compton-spredning betragtes som særlig vigtig, da den viser bevis for, at lys kan have egenskaber af både en bølge og en strøm af partikler. Inelastisk elektromagnetisk spredning anvendes inden for flere felter, herunder astrofysik, røntgenteknologi og til måling af det levende vævs elastiske respons.
Elektromagnetisk spredning er på sin basis et simpelt koncept, der er synligt i hverdagssituationer. Den videnskabelige undersøgelse af spredning er ekstremt kompleks, og selv de forskellige løsninger, der er anført ovenfor, forklarer ikke fuldt ud virkningen og resultaterne af alle spredningssituationer. Hvad der er blevet opdaget, har ført til enorm videnskabelig innovation inden for billedteknikker, såvel som til sidst at lade os forstå nøjagtigt, hvorfor himlen er blå.