Что такое электромагнитное рассеяние?

Электромагнитное рассеяние - это физический эффект электромагнитной волны, такой как свет или радиоволны, падающий на объект. Вместо того, чтобы двигаться по прямой линии, как световые волны беспрепятственно, свет преломляет или отражается от микроскопических текстур в объекте. Электромагнитное рассеяние часто является причиной появления цвета и имеет несколько различных форм.

Учитывая достаточно знаний о рассеивающих частицах и волнах, предсказание того, как свет будет рассеиваться, возможно. Процесс также может работать в обратном порядке, так как научное наблюдение рассеяния может предоставить информацию о приходящей волне и о частицах, которые ее рассеивают. Изучение рассеяния привело к важным достижениям в нескольких областях, включая компьютерные изображения, радары и медицинские технологии.

Почему голубое небо - популярный вопрос, который можно объяснить электромагнитным рассеянием. Рассеяние Рэлея основано на экспериментах английского ученого начала 20-го века Джона Струтта, третьего барона Рэлея. Его работа проводилась на эффектах рассеяния световых волн на частицах, меньших, чем входящие волны. Поскольку синий имеет короткую длину волны, он особенно подвержен рассеянию, поскольку он отскакивает от газовых частиц воздуха, окружающего Землю. Красные, желтые и оранжевые оттенки намного длиннее волн, поэтому они видны только на небе, если смотреть вблизи или на солнце.

Из-за малого размера рассеивающих частиц при рассеянии Рэлея форма частиц не считается значительной. Большие центры рассеяния охватываются теорией электромагнитного рассеяния Ми, названной в честь немецкого физика Густава Ми. Ми установил, что изменения цвета и непрозрачности являются определяющими для размера и формы рассеивающего центра. Его работа считается особенно полезной для понимания электромагнитного рассеяния в дымке или облаках.

Решения Рэлея и Ми считаются упругими, а это означает, что рассеяние волн существенно не ослабляет их энергию. Существует также несколько других форм, которые имеют дело со сдвигами энергии вследствие электромагнитного рассеяния, в том числе рассеяние Бриллюэна, Рамана и Комптона. Комптоновское рассеяние считается особенно значительным, поскольку оно свидетельствует о том, что свет может обладать свойствами как волны, так и потока частиц. Неупругое электромагнитное рассеяние используется в нескольких областях, включая астрофизику, рентгеновские технологии и при измерении упругого отклика живой ткани.

Электромагнитное рассеяние по своей сути является простой концепцией, видимой в повседневных ситуациях. Научные исследования рассеяния чрезвычайно сложны, и даже различные решения, перечисленные выше, не полностью объясняют эффекты и результаты всех ситуаций рассеяния. То, что было обнаружено, привело к огромным научным инновациям в методах формирования изображений, а также позволило нам наконец понять, почему именно небо голубое.