拉曼:探索蓝色大海的奥秘(下)

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-06-08

拉曼终于用行动告诉世人:欧洲人不一定能办到的事儿,亚洲人能办到。

        文接拉曼:探索蓝色大海的奥秘(上)

  1922年《英国皇家学会会报》发表了拉曼的一篇论文。文中细致分析了水分子对光线的散射使海水显出蓝色的原理:太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光复合而成,从红光到紫光,波长由长渐短,其中波长较长的红光、橙光、黄光穿透能力强,最易被水分子所吸收;波长较短的蓝光穿透能力弱,遇到纯净海水时,最易被水分子散射,这就是蓝色大海的真正奥秘。论文最后表示,瑞利关于蓝色天空的结论是正确的,但对蓝色海水的解释不合理。

瑞利像(网络图)

探索蓝色天空奥秘的瑞利(网络图)

  拉曼终于用行动告诉世人:欧洲人不一定能办到的事儿,印度人也能办到。

  让拉曼更激动喜的是,他在实验中发现,光的散射这一课题的研究意义远远超出了课题本身:它很可能把光学带到深奥的物理化学领域。这种信念对拉曼的后期工作带来两方面影响:一是把光的散射问题作为加尔各答大学科研活动的主题之一;二是通过各种精巧的实验研究光的散射,并归纳成一种物理现象。

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  此后5年多时间,拉曼与助手一起,全力研究光经过固体、液体和气体物质时发生的散射现象。实验中,他们多次改变光源、透镜、检测器等,只为证明数据的准确。

  1928年228日下午,拉曼与助手做了一个在光学上具有重要意义的实验。他从目测分光镜里看到在蓝光和绿光的区域里,有两根以上的尖锐亮线;这两根线的波长比入射光频率更低。综合之前实验,拉曼得出一个结论:光线照射到样品表面时,物质中的分子吸收了部分能量,发生不同方式和程度的振动,然后散射出较低频率的光。

拉曼实验简图

拉曼实验简图(网络图)

  半个月后的316日,拉曼在南印度科学协会成立大会上,作了以《一种新的辐射》为题的报告,报告中详细介绍了实验过程及理论解释。不久,英国物理学家普林赛姆提议把拉曼关于光散射的结论称为“拉曼效应”。这一称法很快被各国科学家接受。

  一石激起千层浪。拉曼效应传遍全世界,引起国际科学界的高度评价和极大关注。英国皇家学家将之称为“(十九世纪)二十年代实验物理学最卓越的三四个发现之一(《今日科学》杂志)”,美国光谱学权威伍德则认为,“拉曼教授为分子结构的研究开辟了全新的领域……”19281937年间,世界上发表了1785篇关于拉曼效应的论文,研究成功了2500种以上的化合物。

  拉曼效应的发现,不但为研究物理结构提供了一种有效的手段,也为全世界科学研究开辟了一条新的道路。拉曼因此获得1930年度诺贝尔物理学奖,成为第一个荣获诺贝尔科学奖的亚洲人。据说,获奖消息是加尔各答一家新闻机构进行电话通知的。当时,拉曼正在实验室里专心工作,他的学生接到电话后,冲进实验室,激动地报告这一消息。拉曼反应很平静,只问了一句话:“是我独享,还是必须与陌生人分享?”

  或许,他的思维已经跳到水平如镜的地中海上,自己正用尼科尔棱镜观察蔚蓝色的大海……

拉曼像(网络图)

拉曼像(网络图)

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  【人物档案】

  拉曼(18881970),印度物理学家,因光散射方面的研究工作和喇曼效应的发现,获得了1930年度的诺贝尔物理学奖,是为第一位获得诺贝尔物理学奖的亚洲科学家。他也教育家,从事研究生的培养工作,并将其中很多优秀人材输送到印度的许多重要岗位。1934年,拉曼和其他学者一起创建了印度科学院,并亲任院长。

  【注释】

        1、 瑞利(18421919):英国物理学家,世界上第一个用科学诠释“天空为什么是蓝色”的人。原名约翰·威廉·斯特拉特,尊称瑞利男爵三世。1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩;1904年因发明“瑞利散射”而获得诺贝尔物理学奖。

        2、 光的散射:光在传播过程中,会不断遇到障碍物,当障碍物的大小和波长差不多的时候,障碍物会有选择性得透光光线,而使得另一些光的传播方向发生偏转,就好像三棱镜能让光散开一样,这个现象叫光的散射。

        3、 尼科尔棱镜:利用光的全反射原理与晶体的双折射现象制成的一种偏振仪器。

  【参考资料】

        1、 论文《拉曼效应的发现》,出自《大气化学》 , 李雄记编译,19928月。

        2、 书籍《拉曼光谱学》,科学出版社,1983年。

        3、 论文《拉曼,土生土长的科学家》,王大明、郭振华编。

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