Взаимодействие света с веществом

При рассмотрении вопросов взаимодействия света с веществом необходимо исходить из представлений о природе света и о строении вещества. И свет, и вещество имеют весьма сложную природу, и полное описание взаимодействия света с веществом требует учета волновых свойств электронов и квантовых свойств света. Однако для рассмотрения явлений поглощения, дисперсии и рассеяния достаточно исходить из представлений о свете как об электромагнитных волнах и рассматривать вещество как систему электрических зарядов: (электронов и ионов). Заряды под действием электромагнитных волн совершают вынужденные колебания. Частота колебаний видимого света значительна – порядка 10¹⁴ – 10¹⁵ с^-1. При такой частоте за изменением поля успевают следовать лишь заряды, обладающие малой массой – электроны. Поэтому достаточно ограничиться рассмотрением действия световой волны на электроны.

Электроны, имеющиеся в атомах вещества, связаны с ядром квазиупругими силами. Такие электроны представляют собой колебательные системы, характеризуемые величиной частоты собственных колебаний . При воздействии на вещество электромагнитной волны электроны совершают вынужденные колебания с частотой вынуждающей силы и амплитудой , т.е. .

Если пренебречь затуханием, то .

Полученный результат позволяет сделать следующие выводы.

1. Вблизи резонанса частоты падающего света с частотами собственных колебаний электрических зарядов в атомах резко возрастают амплитуды вынужденных колебаний зарядов. При этом увеличивается вероятность перехода их энергии в энергию хаотического теплового движения, т.к. взаимодействие между частицами приводит к быстрой передаче всему коллективу частиц энергии, отданной светом одной из них. Другими словами, со световой волной "резонируют" не только отдельные частицы, но и многочисленные связи между ними.

2. Колеблющиеся электроны возбуждают вторичные когерентные волны, распространяющиеся по всем направлениям. Результат взаимодействия света и вещества зависит от результатов интерференции падающей (первичной) волны со вторичными волнами, возникающими вследствие колебаний электронов (строго говоря и ионов) вещества, обусловленных действием поля первичной волны.