Vad är elektromagnetisk spridning?
Elektromagnetisk spridning är den fysiska effekten av en elektromagnetisk våg, till exempel ljus eller radiovågor, som träffar ett föremål. Istället för att fortsätta i en rak linje, när ljusvågor inte hindras, bryts ljuset eller studsar av mikroskopiska strukturer i objektet. Elektromagnetisk spridning är ofta ansvarig för färgens utseende och har flera olika former.
Med tanke på tillräcklig kunskap om spridningspartiklar och vågor är förutsägelse om hur ljus kommer att spridas. Processen kan också fungera omvänd, eftersom vetenskaplig observation av spridning kan ge information om den inkommande vågen och de partiklar som sprider den. Studien av spridning har lett till viktiga framsteg inom flera områden, inklusive datorgenererade bilder, radar och medicinsk teknik.
Varför himlen är blå är en populär fråga som kan förklaras med elektromagnetisk spridning. Rayleigh-spridningen är baserad på experimenten från en tidigt 1900-talets engelska forskare, John Strutt, den tredje baronen från Rayleigh. Hans arbete utfördes på spridningseffekter av ljusvågor på partiklar som är mindre än de inkommande vågorna. Eftersom blått har en kort våglängd, är det särskilt mottagligt för spridning när det studsar bort gaspartiklar i luften som omger jorden. Röda, gula och orange nyanser är mycket längre våglängder, varför de bara är synliga på himlen när man tittar nära eller mot solen.
På grund av den lilla storleken på spridningspartiklar i Rayleigh-spridning anses inte formen på partiklarna vara betydande. Större spridningscentra omfattas av Mie-teorin för elektromagnetisk spridning, uppkallad efter den tyska fysikern Gustav Mie. Mie bestämde att förändringar i färg och opacitet är avgörande för storleken och formen på spridningscentret. Hans arbete anses särskilt användbart för att förstå elektromagnetisk spridning genom dis eller moln.
Både Rayleigh och Mies lösningar betraktas som elastiska, vilket innebär att spridningen av vågor inte försvagar deras energi avsevärt. Flera andra former som hanterar energiförskjutningar på grund av elektromagnetisk spridning finns också, inklusive Brillouin, Raman och Compton spridning. Compton-spridning anses vara särskilt betydelsefull eftersom den visar att ljus kan ha egenskaper för både en våg och en ström av partiklar. Inelastisk elektromagnetisk spridning används inom flera fält, inklusive astrofysik, röntgenteknik och för att mäta den elastiska responsen hos levande vävnad.
Elektromagnetisk spridning är, som dess grund, ett enkelt koncept, synligt i dagliga situationer. Den vetenskapliga studien av spridning är extremt komplex, och även de olika lösningarna som anges ovan förklarar inte helt effekterna och resultaten av alla spridningssituationer. Det som har upptäckts har lett till enorm vetenskaplig innovation inom bildtekniker, samt att vi äntligen förstår exakt varför himlen är blå.