Co to jest rozpraszanie elektromagnetyczne?

Rozpraszanie elektromagnetyczne to fizyczny efekt fali elektromagnetycznej, takiej jak fale świetlne lub radiowe, uderzającej w obiekt. Zamiast postępować w linii prostej, ponieważ fale świetlne nie przeszkadzają, światło załamuje się lub odbija mikroskopijne tekstury w obiekcie. Rozpraszanie elektromagnetyczne jest często odpowiedzialne za pojawienie się koloru i ma kilka różnych postaci.

Biorąc pod uwagę wystarczającą wiedzę na temat rozpraszających cząstek i fal, możliwe jest przewidywanie, w jaki sposób światło rozproszy się. Proces ten może również działać odwrotnie, ponieważ naukowa obserwacja rozpraszania może dostarczyć informacji na temat nadchodzącej fali i cząstek, które ją rozpraszają. Badanie rozpraszania doprowadziło do istotnych postępów w kilku obszarach, w tym obrazów komputerowych, radaru i technologii medycznej.

Dlaczego niebo jest niebieskie jest popularnym pytaniem, które można wyjaśnić za pomocą rozpraszania elektromagnetycznego. Rozpraszanie Rayleigha opiera się na eksperymentach angielskiego naukowca z początku XX wieku, Johna Strutta, trzeciego barona Rayleigha. Jego prace dotyczyły rozpraszającego wpływu fal świetlnych na cząstki mniejsze niż fale przychodzące. Ponieważ niebieski ma krótką długość fali, jest szczególnie podatny na rozpraszanie, ponieważ odbija się od cząstek gazu otaczającego Ziemię. Odcienie czerwieni, żółci i pomarańczy mają znacznie dłuższe fale, dlatego są widoczne tylko na niebie, gdy patrzy się w pobliżu lub na słońce.

Ze względu na mały rozmiar cząstek rozpraszających w rozpraszaniu Rayleigha, kształt cząstek nie jest uważany za znaczący. Większe centra rozpraszania są objęte teorią rozpraszania elektromagnetycznego Mie, nazwaną na cześć niemieckiego fizyka Gustava Mie. Mie stwierdził, że zmiany koloru i zmętnienia są determinantami wielkości i kształtu centrum rozproszenia. Jego praca jest uważana za szczególnie przydatną w zrozumieniu rozpraszania elektromagnetycznego przez mgłę lub chmury.

Zarówno rozwiązania Rayleigha, jak i Mie są uważane za elastyczne, co oznacza, że ​​rozpraszanie fal nie osłabia znacząco ich energii. Istnieje również kilka innych form, które radzą sobie z przesunięciami energii spowodowanymi rozpraszaniem elektromagnetycznym, w tym rozpraszanie Brillouina, Ramana i Comptona. Rozpraszanie Comptona jest uważane za szczególnie istotne, ponieważ daje dowód, że światło może mieć właściwości zarówno fali, jak i strumienia cząstek. Nieelastyczne rozpraszanie elektromagnetyczne jest stosowane w kilku dziedzinach, w tym w astrofizyce, technologii rentgenowskiej oraz w pomiarze elastycznej odpowiedzi żywej tkanki.

Rozpraszanie elektromagnetyczne jest u podstaw prostą koncepcją, widoczną w codziennych sytuacjach. Naukowe badanie rozpraszania jest niezwykle złożone, a nawet różne wymienione powyżej rozwiązania nie w pełni wyjaśniają skutki i wyniki wszystkich sytuacji rozpraszania. To, co zostało odkryte, doprowadziło do ogromnej innowacji naukowej w technikach obrazowania, a także pozwoliło nam wreszcie zrozumieć, dlaczego niebo jest błękitne.