歷史 物理

諾貝爾物理獎1930年 錢德拉塞卡拉.拉曼爵士

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撰文者:余海峯
發文日期:2019-02-18
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    1930年的諾貝爾物理獎授予錢德拉塞卡拉.拉曼爵士(Sir Chandrasekhara Raman)以表彰他發現了以他命名的「拉曼效應(Raman Effect)」

     

    螢幕快照 2019-02-18 下午12.58.27
    [錢德拉塞卡拉.拉曼爵士的諾貝爾獎官方照片。]

     

    拉曼效應指光線從透明介質反射,例如水和玻璃時,其頻率有機會改變(變低)。根據普朗克的光量子方程(1918年諾貝爾物理獎),光線的頻率與其能量成正比,因此反射光的頻率變低就等於損失能量;這是粒子散射的一種方式。

     

    一般來說,當光線遇上介質時,有機會被進入介質之中或者被反射。進入和反射的比率可以從古典電磁理論計算得出。如果反射的光線頻率不變的話,就可以想像成光子與構成介質的份子發生彈性碰撞(elastic collision,即碰撞前後總動能守恆),稱之為瑞利散射」(Rayleigh scattering,我們已經在1904年諾貝爾物理獎文章中介紹過了)

     

    拉曼卻發現,有一少部分反射出來的光線頻率會改變。這是由於光子與介質份子發生非彈性碰撞(inelastic collision,即碰撞前後總動能不守恆),光子損失了部分能量用來激發介質份子進入較高的量子態。反射出來的光子能量就變少了,因此頻率變低,相應波長變長。相對瑞利散射,拉曼效應也被稱為「拉曼散射(Raman scattering)」

     

    在拉曼與他的學生發表拉曼效應的結果後,來自俄羅斯的研究人員也發現並驗證了拉曼報告的結果。不過,關於拉曼效應的諾貝爾獎只頒給了拉曼一人,原因是俄國的研究只局限放晶體,而拉曼的研究卻發現氣、液、固三態介質都會發生拉曼散射。

     


    拉曼光譜可以做什麼?
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