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第30章 光散射效应的发现

水是无色透明的,大气也是无色透明的,但大海是蓝的,天也呈现蔚蓝色,这是什么原因呢?第一个对此给予正确解释的是拉曼。拉曼(1888~1970),印度物理学家,因发现光通过透明物质时波长发生一定变化,荣获1930年诺贝尔物理学奖。

拉曼1888年11月7日出生于印度南部的蒂鲁吉拉伯利,他的家庭属于印度婆罗门教。拉曼小时候是个神童,12岁就以优异成绩通过升学考试,进入马德拉斯大学的一所学院。

1904年,拉曼16岁时获得物理学学士学位,他的成绩在全体学生中名列第一,因此获得学校颁发的物理学金质奖章。三年后,他又顺利获得了数学硕士学位。1906年,拉曼在英国权威科学刊物上发表了第一篇有关数理方面的学术论文。

1917年的一天,加尔各答大学副校长穆柯伊爵士在一次集会上,结识了年轻的拉曼。他十分赏识拉曼的才华,当他了解拉曼在独立进行科学研究,已发表了三十余篇很有价值的研究论文时,更加赞叹不已,邀请拉曼到加尔各答就职。

在加尔各答大学,拉曼夜以继日地进行声学和光学的研究。很快,他取得了出色的研究成果,引起了英国科学界的注意。当时的印度属于英国的附属殖民地,拉曼心中燃烧着炽热的爱国主义情感,认为欧洲人能办到的事,印度人也能办到。1921年,拉曼代表加尔各答大学出席了在牛津召开的英国大学会议,会上他为皇家学会作了科研报告,备受人们的欢迎。

在取道地中海回国的途中,他偶然听到一对母子对话,这促成了他科学研究的新转折。轮船穿过直布罗陀海峡进入了一碧万顷的地中海,蔚蓝色的海面风平浪静,一位印度年轻母亲领着八九岁的小男孩,正在谈话——

“妈妈,这个大海叫什么名字?”

“地中海!”

“为什么叫地中海?”

“因为它夹在欧亚大陆和非洲大陆之间。”显然,这个小男孩是聪明好学的,他引起了拉曼的注意。

“妈妈,大海为什么是蓝色的?”碧蓝的海水成了小男孩疑问的对象。慈爱的妈妈一时语塞,她只好向拉曼投去求援的目光。拉曼蹲下身来,亲切地牵着小男孩的手,说:“小朋友,海水之所以呈现蓝色,是因为它反射了天空的蓝色。”孩子的问题解决了,可是疑问却压在了拉曼的心头。刚刚回到加尔各答,拉曼立刻着手研究海水为什么呈现蓝色的课题。拉曼把这样一个日常生活中常见的问题作为光线散射与水分子关系的典型物理现象,通过大量的实验,他获得了成功。在1922年《英国皇家学会会报》上发表了论文,他用细致的分析证明了水分子对光线的散射使海水显出颜色的机理,它与大气分子散射太阳光而使天空呈现蓝色的机理完全相同。拉曼从研究海水蓝色的普通常识出发,进而深入到分子与光线散射相互作用的科学前沿。

拉曼运用爱因斯坦等人的涨落理论进行研究,观察光线穿过净水、冰块及其他材料时的散射现象,取得了充分的实验数据,最后他成了散射问题专家。

20世纪初,德国科学家普朗克提出了量子论,爱因斯坦继而提出光量子的概念,从这些理论研究的进展中,人们逐渐认识到光的粒子性。拉曼的伟大贡献,就是为科学界最后接受这一观念提供了强有力的证据。

拉曼从1919年开始研究散射问题,他取得的第一项重要成果,是形成海水颜色的分子散射理论。1923年4月,他与助手一起研究光被其他物质散射时,分别在固体、液体和气体中发现了一种普遍存在的光散射效应。后来人们为了纪念拉曼,把这种光散射效应称为“拉曼效应”。新发现很快传遍了世界各地,人们普遍认识到这一发现对量子力学和相对论的巨大意义。

拉曼效应的发现为研究物理结构提供了一种有效的手段,因而也为全世界的科学研究开辟了一条新的道路,拉曼因此在1930年荣获了诺贝尔物理学奖。

1970年10月,拉曼这位伟大的印度科学家与世长辞了,享年82岁。

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