Молекулярная оптика – обширный и важный раздел оптики, в котором исследуются процессы взаимодействия мощного оптического излучения с физическими веществами, существенно зависящие от атомно-молекулярной характеристики.
Молекулярная оптика устанавливает взаимосвязь между особенностью единичных актов движения световой волны с частицами (атомами, молекулами, ионами) и макроскопическими показателями состоящей из этих элементов среды.
С этой точки зрения в данном научном направлении рассматриваются дисперсия света, преломление света и — наиболее широко — рассеяние света. Изучение распространения светового луча в кристаллах, которые обладают естественной оптической анизотропией, составляет основной предмет кристаллооптики.
Рисунок 1. Дисперсия света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Оптическая анизотропия в изотропных веществах может вызываться влиянием на них различных внешних полей:
- электрического;
- магнитного;
- поля механических или гидродинамических сил в виде явлений фотоупругости;
- двойного лучепреломления в потоке жидкости.
В плоскостях, для которых характерна оптическая и стабильная активность происходит хаотичное вращение параметров поляризации света. Все эти физические явления, рассматриваемые в молекулярной оптике, дают важную информацию о свойствах материальных веществ и строении частиц, которые составляют их среду.
Огромную роль в становлении молекулярной оптики сыграло установление прочной связи величин с молекулярной структурой физического вещества. Именно это позволило ученым выйти далеко за пределы феноменологического описания оптических процессов и объяснить все явления, сопровождающие распространение светового луча в анизотропных средах, и вблизи границ разделов пространства с различными оптическими характеристиками. Таким образом, была определена зависимость от свойств сред - их дисперсию, воздействие на световые эффекты в средах звука, температуры, электрического и магнитного полей и многое другое.
История возникновения молекулярной оптики
Молекулярная оптика по праву считается одной из древнейших наук, занимающая лидирующее место в процессе познания сущности природы; с ней непосредственно связано открытие явления рассеяния светового излучения.
Это научное направление доказывает и объясняет:
- молекулярное строения атмосферы;
- справедливость кинетической энергии атомов;
- влияние молекул на изменения в пространстве.
Основы молекулярной оптики заложены исследователем Рэлеем в 1871. По его теории, все солнечные лучи при прохождении через атмосферу начинают рассеиваться посредством молекул воздуха. Теоретические исследования Л. И. Мандельштама уже через 10 лет показали, что свет распределяется не только молекулами воздуха, а флуктуациями плотности воздуха (случайно расположенными разрежениями и сгущениями). Гипотеза рассеяния светового луча, разработанная M. Смолуховским и А. Эйнштейном, в результате приводит к тем же флуктуациям, которые ранее были представлены Рэлеем. Таким образом, флуктуации плотности обусловлены молекулярно-кинетической природой строения вещества.
На сегодняшний день молекулярная оптика продолжает активно развиваться, а ее основной задачей является экспериментальное исследование оптических характеристик веществ на молекулярном уровне, которые расположены на разных высотах, в различных участках спектра и различных условиях.
Явления и методы молекулярной оптики
Рисунок 2. Связь структуры молекул и оптических спектров поглощения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Процесс тесного взаимодействия световой волны с элементами материального вещества определяется в основном поляризуемостью этих частиц.
Объяснение большинства молекулярно-оптических процессов предоставила уже классическая электронная гипотеза, однако для их полного и грамотного теоретического истолкования необходима молекулярная оптика, позволяющая связать постоянные величины со значениями молекул и вероятностями их переходов между уровнями.
Предметом молекулярной оптики является установление взаимодействия молекулярной структуры вещества и его оптических свойств.
Приложения и явления молекулярной оптики достаточно разнообразны, поэтому они расширились с возникновением источников мощного когерентного преломления света. Наиболее широко методы указанного научного направления применяются для исследования характеристик и структуры отдельных молекул. Изучение светового луча, рассеиваемого различными плоскостями, дает значимые сведения (часто уникальные) о строении этих сред — кристаллов, жидкостей и атмосферных образований в виде туманов и облаков. Также методы молекулярной оптики определяют особенности теплового движения элементарных частиц в пространстве. В настоящее время продолжают разрабатываться перспективные способы исследования космических тел и сред.
Молекулярная оптика как основная теория в плазменной физике
Молекулярная оптика часто рассматривает атомы и молекулы в изоляции. Атомные модели будут состоять из единственного ядра, которое окружено одним или более связанными электронами, пока молекулярные комплексные модели, как правило, касаются самого молекулярного водорода. Это не имеет прямого отношения к формированию молекул (хотя большая часть их физики идентична), и при этом данный эффект не исследует атомы в твердом состоянии как конденсированное вещество.
Это касается физических процессов, таких как ионизация и возбуждение фотонов при столкновениях с атомными частицами.
В то время как моделирование атомов в изоляции может на сегодняшний день показаться нереалистичным, однако шкала времени для взаимодействий веществ огромна по сравнению с молекулярными процессами, в которых не уверены ученые. Это означает, что отдельные элементарные частицы можно рассматривать, как будто каждый был в изоляции для подавляющего большинства времени. Этим соображением молекулярная оптика предоставляет основную теорию в плазменной физике.
Роль молекулярной оптики в развитии физики нельзя недооценивать. Многие поколения исследователей, пытаясь найти, что такое необыкновенный свет и объяснить его молекулярные особенности, проводили эксперименты, которые в итоге принесли свои результаты. На основании этих опытов разрабатываются новейшие физические теории, которые касаются не только оптики, но и всех без сомнения разделов науки.
