Поглощение света - уменьшение интенсивности оптич. излучения при прохождении через к--л. среду за счёт
взаимодействия с ней, в результате к-рого световая энергия переходит в
др. виды энергии или в оптич. излучение др. спектрального состава. Осн.
законом П. с., связывающим интенсивность I пучка света, прошедшего
слой поглощающей среды толщиной l с интенсивностью падающего пучка
I0,
является закон Бугера
Не зависящий от интенсивности света коэф.
наз. показателем поглощения, причём
как правило, различен для разных длин волн
Этот закон был экспериментально установлен П. Бугером (P. Bouguer, 1729)
и впоследствии теоретически выведен И. Ламбертом (J. Н. Lambert, 1760)
при очень простых предположениях, что при прохождении любого слоя вещества
интенсивность светового потока уменьшается на определённую долю, зависящую
только от
и толщины слоя l, т. е. dI/l =
Решением этого ур-ния и является Бугера - Ламберта - Бера закон. Физ.
смысл его состоит в том, что сам процесс потери фотонов пучка в среде,
характеризуемый
не зависит от их плотности в световом пучке, т. е. от интенсивности света,
и от толщины поглощающего слоя l. Это справедливо при не слишком
больших интенсивностях излучения (см. ниже).
Зависимость
от длины волны света
называется спектром поглощения вещества. Спектр поглощения изолир. атомов
(напр., разреженные газы) имеет вид узких линий, т. е.
отличен от нуля только в нек-рых узких диапазонах длин волн (сотые - тысячные
доли нм), соответствующих частотам собств. колебаний электронов внутри
атомов. Спектр поглощения молекул, определяемый колебаниями атомов в них,
состоит из существенно более широких областей длин волн (т. н. полосы поглощения,
десятые доли - сотни нм; см. Молекулярные спектры ).Поглощение твёрдых
тел характеризуется, как правило, очень широкими областями (сотни и тысячи
нм) с большим значением
; качественно это объясняется тем, что в конденснр. средах сильное взаимодействие
между частицами приводит к быстрой передаче всему коллективу частиц энергии,
отданной светом одной из них.
Качеств. картина процессов взаимодействия
излучения с веществом, происходящих на атомном уровне и приводящих к П.
с., может быть получена в рамках квазиклассич. подхода. В основе его лежит
модель, рассматривающая атомы как совокупность гармонич.
осцилляторов: электроны в атомах (молекулах) колеблются около положения равновесия.
Такая модель приемлема для разреженных газов и паров металлов, где можно
не учитывать влияния соседних атомов. Для жидких и твёрдых тел такая модель
непригодна, т. к. поведение электронов, определяющих оптич. свойства атома,
резко меняется под действием полей соседних атомов.
Спонтанное испускание атомов осцилляторной
модели соответствует свободным (затухающим) колебаниям электронов. Собств.
частоты этих колебаний vnm задаются 2-м постулатом Бора:
где и
- уровни энергии атома, между к-рыми совершается квантовый переход с испусканием
света на частоте vnm.
При распространении в среде света, падающего
на неё извне, колебания электронов в атомах носят вынужденный характер
и совершаются с частотой падающей световой волны. При таком подходе П.
с. связывается с потерями энергии волны на вынужденные колебания электронов.
(Энергия, поглощённая атомом, может переизлучаться или переходить в др.
виды энергии.) Световое поле
падающее на среду, вызывает колебания электронов, описываемые ур-нием
Здесь т0 и е0 - масса и заряд электрона, х - его смещение от положения равновесия, - коэф., характеризующий затухание. Первый член в (1) описывает силу инерции, второй - - тормозящую силу, пропорц. скорости колебат. движения электрона и обусловливающую затухание его колебаний (аналогичную силе трения), третий член - упругую силу, пропорц. смещению электрона от положения равновесия; правая часть ур-ния (1) - вынуждающая сила. Решение этого ур-ния
при ненулевом
есть величина комплексная, что и свидетельствует о поглощении энергии волны
атомом. При комплексной связи вынуждающей силы и отклонения электрона комплексными
оказываются, соответственно, и интегральные величины: диэлектрич. проницаемость
( - проводимость,
- веществ, часть диэлектрич. проницаемости) и показатель преломления
Мнимая часть величины
прямо связана с характеристикой поглощающих свойств среды - показателем
поглощения:
Величина
являющаяся, как и
функцией длины волны, наз. главным показателем поглощения. Введение комплексных
величин
и позволило
применить формальное описание, разработанное для прозрачных сред, и к поглощающим
средам. Именно с поглощением света связана аномальная дисперсия, к-рая
имеет место внутри полосы поглощения (см. Дисперсия света).
При рассмотрении П. с. с квантовой точки
зрения вводится такая характеристика энергетич. уровней, как населённость
уровня Nn,m - число атомов, находящихся в данном энергетич.
состоянии. В этом случае выражение для
может быть представлено в виде
где разность населённостей уровней п
и тNm - (gm/gn)Nn (здесь
gm и gn - статистич. веса заселённости уровней). Зависимость
от разности частот
- наз.
контуром линии поглощения. В рассмотренном классич. приближении ширина
линии поглощения на уровне 0,5 от максимума
Это т. н. естеств. ширина линии. В реальных средах имеется ряд причин,
увеличивающих ширину линии поглощения, иногда во много раз. Гл. причиной
уширения линии поглощения в газах служит эффект Доплера, возникающий вследствие
беспорядочного движения атомов (см. Уширение спектральных линий).
При спец. условиях возбуждения возможна
т. н. инверсная населённость, когда
т. е. когда населённость верхнего уровня больше населённости нижнего. В
этом случае, как видно из (2), меняет знак и показатель поглощения
- среда характеризуется т. н. отрицательным поглощением. Свет, проходящий
через такую среду, не ослабляется, а, наоборот, усиливается. Среды, в к-рых
возможно создание (тем или иным способом) инверсной населённости уровней,
используются для создания лазеров и усилителей света.
Поскольку поглощение фотона приводит к
переводу атома с нижнего уровня на верхний, то процесс поглощения влияет
на заселённость энергетич. уровней. При обычно наблюдаемых интенсивностях
света количество поглощаемых фотонов намного меньше числа поглощающих атомов,
поэтому
не зависит от интенсивности света. Соответственно, не зависит от неё и
Однако, если интенсивность падающего на среду света достаточно велика,
то в возбуждённое состояние может перейти значит. доля поглощающих атомов.
Это приведёт к тому, что и
ибудут
зависеть от интенсивности света - возникнет т. н. нелинейное поглощение.
В этом случае закон Бугера перестаёт быть справедливым. В пределе, при
очень высокой интенсивности падающего света, населённости верх. и ниж.
уровней выравниваются и среда перестаёт поглощать свет - просветляется,
т. е. свет проходит через такую среду, вообще не испытывая поглощения (см.
Самоиндуцированная
прозрачности).
При очень высокой интенсивности света
возможна и ещё одна особенность П. с. - многофотонное поглощение ,когда
в одном акте одновременно поглощается несколько (i)фотонов меньших
частот при условии
П. с. используется в разл. областях науки
и техники. Так, на нём основаны мн. особо высокочувствительные методы количеств.
и качеств. хим. анализа, в частности абсорбционный спектральный анализ,
спектрофотометрия, колориметрия. Вид спектра П. с. удаётся связать
с хим. структурой вещества, по виду спектра поглощения можно исследовать
характер движения электронов в металлах, выяснить зонную структуру полупроводников
и мн. др.
А. П. Гагарин
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.