Hva er elektromagnetisk spredning?

Elektromagnetisk spredning er den fysiske effekten av en elektromagnetisk bølge, for eksempel lys eller radiobølger, som treffer et objekt. I stedet for å gå videre i en rett linje, mens lysbølger ikke hindres, bryter lyset eller spretter av mikroskopiske strukturer i objektet. Elektromagnetisk spredning er ofte ansvarlig for utseendet på farger, og har flere forskjellige former.

Gitt nok kunnskap om spredningspartikler og bølger, er prediksjon for hvordan lys vil spre seg. Prosessen kan også virke motsatt, ettersom vitenskapelig observasjon av spredning kan gi informasjon om den innkommende bølgen og partiklene som sprer den. Studien av spredning har ført til viktige fremskritt på flere områder, inkludert datagenerert bilder, radar og medisinsk teknologi.

Hvorfor himmelen er blå er et populært spørsmål som kan forklares med elektromagnetisk spredning. Rayleigh-spredning er basert på eksperimentene til en engelsk vitenskapsmann fra det tidlige 1900-tallet, John Strutt, den tredje baronen fra Rayleigh. Hans arbeid ble utført på spredningseffektene av lysbølger på partikler som er mindre enn de innkommende bølgene. Fordi blått har en kort bølgelengde, er det spesielt utsatt for spredning når det spretter av gasspartikler i luften som omgir Jorden. Røde, gule og oransje fargetoner er mye lengre bølgelengder, og det er derfor de bare er synlige på himmelen når du ser nær eller mot solen.

På grunn av den lille størrelsen på spredningspartikler i Rayleigh-spredning, anses ikke formen til partiklene som signifikant. Større spredningssentre er dekket av Mie-teorien om elektromagnetisk spredning, oppkalt etter den tyske fysikeren Gustav Mie. Mie bestemte at endringer i farge og opacitet er bestemmende for størrelsen og formen til spredningssenteret. Arbeidet hans anses som spesielt nyttig for å forstå elektromagnetisk spredning gjennom dis eller skyer.

Både Rayleigh og Mies løsninger anses som elastiske, noe som betyr at spredningen av bølger ikke svekker energien deres betydelig. Flere andre former som omhandler energiforskyvninger på grunn av elektromagnetisk spredning finnes også, inkludert Brillouin, Raman og Compton spredning. Compton-spredning anses som spesielt viktig, ettersom den gir bevis på at lys kan ha egenskaper for både en bølge og en strøm av partikler. Inelastisk elektromagnetisk spredning brukes i flere felt, inkludert astrofysikk, røntgenteknologi og til å måle det elastiske responset fra levende vev.

Elektromagnetisk spredning er på sin basis et enkelt konsept, synlig i situasjoner hver dag. Den vitenskapelige undersøkelsen av spredning er ekstremt kompleks, og selv de forskjellige løsningene som er oppført ovenfor, forklarer ikke fullt ut virkningene og resultatene av alle spredningssituasjoner. Det som er oppdaget har ført til enorm vitenskapelig innovasjon innen bildeteknikker, i tillegg til at vi til slutt lar oss forstå nøyaktig hvorfor himmelen er blå.