喇曼效应 1930年诺贝尔物理学奖33,354拉曼效应 1930年诺贝尔物理学奖授予印度加尔各答大学的钱德拉塞卡拉文卡塔拉曼(1888——1970)，以表彰他对光散射的研究，并发现了以他的名字命名的定律。 光的散射有一种特殊的效应，类似于x射线散射中的康普顿效应，光在散射后频率发生变化。频率的变化取决于散射材料的性质。这就是拉曼效应，是1928年拉曼在研究光散射时发现的。在拉曼和他的合作者宣布他们发现了这种效应的几个月后，苏联的g兰茨伯格和l曼德尔施泰因分别发现了这种效应，他们称之为联合散射。拉曼光谱是入射光子与分子碰撞时分子的振动能或转动能与光子能量叠加的结果。拉曼光谱可以将红外区域的分子能谱转移到可见光区域进行观测。因此，拉曼光谱作为红外光谱的补充，是研究分子结构的有力武器。 1921年夏天，在航行于地中海的纳昆达号客轮上，一位印度学者正用一种简单的光学仪器俯身观察海面。他被大海的深蓝色迷住了，想知道它是从哪里来的。这位印度学者就是拉曼。他将代表印度顶尖学府加尔各答大学——前往英国牛津参加英联邦大学会议，并在英国皇家学会发表演讲。当时他只有33岁。对拉曼来说，水的蓝色并不是什么新鲜事。他就读的马德拉斯大学正对着孟加拉湾，在那里他每天都能看到海水颜色的变化。事实上，在16岁(1904年)时，他就已经熟悉了著名物理学家瑞利对蓝天的解释，即分子散射中散射光的强度与波长的四次方成反比的定律(也称为瑞利定律)。无论是神秘的本质，还是研究光散射时文献中的深刻思考，他注意到瑞利的一句值得怀疑的话：“深海的蓝色不是水的颜色，而是水反射出的天空的蓝色。”瑞利对大海之蓝的描述引起了拉曼的兴趣。他决心去实地考察。因此，当拉曼动身前往英国时，他带了一套实验装备：几个尼科尔棱镜、小型望远镜、狭缝，甚至还有一个光栅。尼科尔棱镜安装在望远镜两端，作为偏光镜和偏光镜，可随时进行实验。他用尼科尔棱镜观察布鲁斯特角沿岸海面反射的光，抵消了天空的蓝光。光线应该是水本身的颜色。结果是，结果是比天空更深的蓝色。他用光栅分析了海洋的颜色，发现海洋的光谱最大值比天空的光谱最大值更蓝。因此，海洋的颜色不是由天空的颜色引起的，而是海洋本身的属性。拉曼认为这一定是水分子对光的散射。他在回程的轮船上写了两篇关于这一现象的论文，在中途停留时寄往英国，并在两份伦敦期刊上发表。 拉曼于1888年11月7日出生在印度南部的特里奇诺波里。他的父亲是一所大学的数学和物理学教授。他教他科学启蒙，培养他对音乐和乐器的热爱。他天赋异禀，16岁就以物理学金牌的成绩从大学毕业。19岁时，他以优异的成绩获得硕士学位。1906年，年仅18岁的他在英国著名科学杂志《自然》上发表了一篇关于光的衍射效应的论文。因为生病，拉曼失去了去英国一所著名大学做博士论文的机会。在独立前的印度，如果你没有在英国获得博士学位，你就没有资格在科学和文化界担任职务。唯一的例外是会计，它不需要在英国接受培训。拉曼向财政部申请工作。他获得了一等奖，并被授予助理总会计师的职位。拉曼在财政部的工作做得很好，责任也越来越大，但他不想沉浸在官场中。他把自己的科学目标牢记在心，把所有的业余时间都用来继续研究声学和乐器理论。加尔各答的一个学术机构，印度科学教育协会，有一个实验室，拉曼在那里进行他的声学和光学研究。经过十年的努力，Raman在没有资深研究人员指导的情况下，取得了一系列成果，并发表了许多论文。1917年，加尔各答大学邀请他担任物理学教授，这样他就可以全身心地投入到科学研究中。在加尔各答大学教书的16年里，他在印度科学教育协会继续他的实验，学生、教师和访问学者来这里向他学习，与他合作，逐渐形成了一个围绕他的学术共同体。许多人受到他的榜样和成就的鼓舞，立志从事科学研究。其中有著名的物理学家M.N.S.沙阿和S.N.Bose。在这个时候，加尔各答正在形成印度的科学研究中心，加尔各答大学和拉曼的团队处于许多期望的中心。1921年，拉曼代表加尔各答大学在英国演讲，表明他们的工作得到了国际上的认可。 回到印度后，拉曼立即在科学教育协会开始了一系列的实验和理论研究，探索光在各种透明介质中的散射规律。很多人参与了这些研究。这些人大多是学校教师，他们在休息日来到科学教育协会，在拉曼的监督下或在他的监督下进行光散射和其他实验，在他的研究中发挥积极作用。他们在7年里发表了大约50或60篇论文。他们首先研究了各种介质中分子散射的规律，选择了不同的分子结构、不同的物理状态、不同的压力和温度，甚至在发生相变的临界点上进行了散射实验。1922年，拉曼写了一本小册子，总结了这项研究，题为《光的分子衍射》，他在书中系统地解释了他的观点。在最后一章中，他提到了量子理论在散射现象分析中的应用，并建议进一步的实验可能区分经典的电磁学理论和量子碰撞理论。 1923年4月，他的一个学生，K.R.Ramanathan，第一次观察到光散射的颜色变化。该实验以太阳为光源，将紫色滤光片照射在装有纯水或纯酒精的烧瓶上，然后从侧面观察。令人惊讶的是，观察到一个非常弱的绿色成分。Ramanathan并不理解这种现象，他认为这是由于杂质造成的二次辐射，类似于荧光。因此，本文将其称为“弱荧光”。然而，拉曼不认为这是杂质造成的。如果是杂质的荧光，则应在仔细纯化的样品中消除这种影响。 在接下来的两年里，拉曼的另一位学生K.S.Krishnan观察了65种纯化液体的散射光，发现它们都有类似的“弱荧光”，并发现变色的散射光部分偏振光。众所周知，荧光是一种不偏振光的自然光。证明了这种波长变化现象不是荧光效应。 拉曼和他的学生们想出了许多方法来研究这一现象。他们试图把散射光拍下来作比较，但失败了。他们使用了互补滤光片，一种带有短焦距透镜的大型望远镜目镜来聚焦太阳，并将测试样品从液体扩展到固体。 与此同时，拉曼也在寻找理论解释。拉曼在1924年访问了美国，当时A.H.康普顿刚刚发现了波长较长的x射线散射效应，怀疑者们掀起了一场争论。拉曼显然从康普顿的发现中得到了重要的启示，他后来将其视为“康普顿效应的光学对应体”。拉曼经历了与康普顿相似的曲折，他花了六七年的时间在1928年初得出了一个明确的结论。拉曼此时已经意识到变色、弱偏振散射光是一种普遍现象。他将这种新辐射称为“修正散射”，参照了康普顿效应中发现的散射模式。拉曼进一步改进了滤光方法，在蓝色和紫色滤光片的前面加了一块铀玻璃，使入射的太阳光只能通过更窄的波段，然后用可视分光镜观察散射光，发现所显示的光谱在可变散射和恒定入射光之间，有一个暗区。 1928年2月28日下午，拉曼决定使用单色光作为光源，并进行了一个非常美丽和重要的实验。他通过视觉分光镜观察散射光，在蓝色和绿色区域看到了两条以上清晰的亮线。每条入射谱线都有对应的可变散射线。一般情况下，变散射线的频率低于入射射线的频率。偶尔，散射线的频率比入射射线高，但强度较低。 0 当拉曼发现异常散射的消息传遍世界时，引起了强烈的反应，许多实验室重复了这一发现，证实并发展了他的结果。1928年，发表了57篇关于拉曼效应的论文。科学界对他的发现给予了高度评价。拉赫曼是印度人民的骄傲，也是第三世界科学家的榜样。他在独立前的印度度过了大半生，却取得了如此杰出的成就，令人钦佩。特别值得一提的是，Raman是一名在印度国内接受培训的科学家。他一直立足印度国内的努力，艰苦奋斗，建立了独具特色的科研中心，已经走到了世界前列。 1934年，拉赫曼与其他学者创立了印度科学研究所，并担任所长。1947年，拉曼研究所成立。他在发展印度科学方面做得很好。拉曼对分子散射问题的把握非常敏锐。贯穿他多年努力的一条清晰的线索是，坚持对理论弱点进行基础研究。从印度科学教育协会到拉赫曼研究所，拉赫曼一直被有才华的学生和合作者所包围。在光散射统计这一课题上，30年间，他实验室的66位学者发表了377篇论文。他谆谆教导他的学生，深受他们的钦佩和爱戴。拉曼喜欢音乐，也喜欢鲜花和石头。他对钻石结构的研究花掉了他的大部分奖金。晚年，他致力于花的光谱分析。在他80岁生日时，他的作品集出版了：《视觉生理学》。拉曼爱玫瑰胜过一切。他有一个玫瑰园。拉曼于1970年去世，享年82岁，并按照他的意愿在他的花园里火化。

什么是拉曼光推荐知识