Например, капельки воды, образующие туман, имеют показатель преломления, резко отличающийся от показателя преломления воздуха. Казалось бы, в чистом воздухе не должно быть рассеяния света. Однако это не так. То, что мы видим над собой голубое небо, есть результат рассеяния солнечного света молекулами воздуха земной атмосферы. (Недаром на очень высоких горах небо даже днем кажется темным). Молекулярное рассеяние света происходит также из-за оптической неоднородности среды; но причиной этой неоднородности является хаотическое тепловое движение атомов или молекул. Это движение приводит к случайному возрастанию концентрации атомов или молекул в одних точках среды и убыванию в других. Такие отклонения плотности от среднего значения называются флуктуациями плотности. Эти флуктуации вызывают в свою очередь локальные изменения показателя преломления срды, и среда становится оптически неоднородной, рассеивающей свет. Л. И. Мандельштам в 1913 году опубликовал работу о молекулярном рассеянии света при отражении от поверхности жидкости, обладающей шероховатостью опять-таки за счет хаотического теплового движения молекул. Эту работу, содержавшую и теорию явления, и описание эксперимента, Эйнштейн доложил на своем семинаре и прислал Леониду Исааковичу открытку, в которой назвал работу «красивой».

В 1914 г., когда начала надвигаться угроза войны, Л. И. вернулся на родину.

ЭФФЕКТ МАНДЕЛЬШТА.МА - БРИЛЛЮЭНА

Продолжая размышлять над проблемами молекулярного рассеяния, Мандельштам в 1918 году пришел к выводу, что процесс рассасывания флуктуации плотности в среде должен вызывать модуляцию амплитуды рассеянных флуктуациями световых волн. Всякая модуляция волн вызывает изменение их частоты. Например, при радиопередаче диктор, говоря в микрофон, модулирует со звуковыми частотами амплитуду радиоволн, и в излучении радиостанции, кроме основной, несущей частоты, появляются боковые полосы частот.

процесс возникновения и рассасывания флуктуации можно представить как результат наложения упругих акустических волн, распространяющихся в среде по всевозможным направлениям со скоростью звука. Эти волны модулируют рассеянную веществом световую волну, так что в рассеянном свете, помимо основной, несущей частоты vo (частота падающего света) появляются дополнительные частоты vo + Av и Vo - Av, где Av - частота модулирующих акустических колебаний*). Относительное изменение частоты (Av/v) равно отнощению скорости звука в веществе к скорости света. Скорость звука даже в твердых кристаллах типа кварца составляет около 6-10 м/с, а скорость света - 3- 10* м/с, так что относительное изменение частоты составляет тысячные доли процента. Таким образом, модуляция при рассеянии света на флуктуациях плотности - очень тонкий эффект. К этому надо добавить, что интенсивность молекулярного рассеяния весьма мала (10- или 10~ от интенсивности падающего света).

Долгое время Мандельштам не имел возможности поставить тонкие эксперименты по проверке своего теоретического предсказания; поэтому он опубликовал соответствующую статью только в 1926 году. В 1922 году появилась статья французского физика Бриллю-эна, содержавшая часть теоретических результатов Леонида Исааковича. Описанное явление было позднее экспериментально обнаружено и получило название эффекта Мандельштама-Бриллюэна. Однако до этого было сделано очень важное открытие.

*) Для знающих тригонометрию. Амплитуда модулированной с частотой Av волиы может быть записана так:

Л (0 = а[1 +со5(2яДг01.

Тогда полное выражение для модулированной волиы:

А (О cos (2wcO = а [ 1 -Ь cos (2я Ш)] cos (2яуо0 =

= а cos

T. e. модулированная волиа равна сумме трех волн с частотами, указанными в тексте.

ОТКРЫТИЕ КОМБИНАЦИОННОГО • РАССЕЯНИЯ СВЕТА

В 1925 году, после прихода Л. И. Мандельштама в Московский университет, он, совместно с Г. С. Ландсбергом, приступил к экспериментам по, исследованию молекулярного рассеяния света в кристаллах с целью обнаружить указанный выше эффект.

Трудности были весьма велики. Надо было прежде всего надежно выделить слабое молекулярное рассеяние, «забиваемое» обычно сильным рассеянием света на дефектах структуры кристаллов. Здесь Г. С. Лаидсберг применил остроумный прием. С повышением температуры растет скорость теплового движения атомов, молекул или ионов вещества, а это приводит к росту величины флуктуации. С ростом же величины флуктуации увеличивается интенсивность молекулярного рассеяния. Вместе с тем рассеяние на дефектах кристалла не зависит от температуры. Поэтому повышение температуры образца позволяет выделить молекулярное рассеяние в «чистом виде». Именно этот факт и предложил использовать Лаидсберг.

Однако в МГУ не было спектральной аппаратуры, способной обнаружить малые изменения частоты, соответствующие эффекту Мандельштама-Бриллюэна. Мандельштам и Лаидсберг пытались обойти это затруднение, используя довольно грубый спектрограф.

Как это ни удивительно, грубость аппаратуры сыграла-положительную роль, приведя к открытию совершенно нового, важного явления - комбинационного рассеяния света. При комбинационном рассеянии, КР, возникают большие изменения частоты, на несколько порядков превышающие эффект Мандельштама- Бриллюэна. Чувствительная аппаратура, необходимая для наблюдения этого эффекта, оказалась бы слишком «деликатной» для обнаружения КР.

На рис. 1 изображена схема экспериментальной установки для исследования рассеяния света в 1<ри-сталлах. В качестве источника света использовалась ртутная- лампа, спектр которой состоит из ряда спектральных линий (рис. 2, а). В спектре света, рассеянного кристаллом кварца, около каждой яркой линии ртути было обнаружено появление дополнительных линий - спутников или, как их называют, сателлитов