Волны - Крауфорд Ф.
Скачать (прямая ссылка):
обнаружите, что линейно-поляризованный свет останется линейно-
поляризованным, но направление поляризации поворачивается примерно на 10°
по часовой стрелке на каждый сантиметр раствора. Это явление называется
оптической активностью. Попробуем его объяснить.
Лпнейно-поляризованный свет, образованный первым поляроидом, может быть
представлен как суперпозиция двух компонент с правой и левой круговой
поляризацией, имеющих равные интенсивности (рис. 8.12):
Ес = Е0хеш + (59)
Молекулы сахара имеют винтовую структуру. Все молекулы сахара,
сделанного, например, из сахарного тростника, имеют одинаковое
направление закручивания винта (одинаковую спиральность). Спиральность
винта не зависит от того, с какой стороны мы на него смотрим. Поэтому
раствор, в котором молекулы сахара ориентированы случайно, имеет
спиральность, которая совпадает со
381
спиральностью одной молекулы. Из-за винтовой структуры молекул раствор
сахара имеет различные показатели преломления для света с правой и левой
круговой поляризацией.
При распространении через раствор сахара линейно-поляризованной волны
(такая волна есть суперпозиция двух волн с левой и правой круговой
поляризациями) одна из поляризованных по кругу компонент опережает по
фазе другую. Сделав чертеж и немного подумав, вы можете убедиться, что
направление поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного света
(имеется в виду вращение в зависимости от глубины раствора) совпадает с
направлением вращения быстрой компоненты (быстрой компоненте
соответствует меньший показатель преломления). Подумайте, что произойдет,
если через раствор сахара послать в обратном направлении
№
&
ч-
Рис. 8.12. Линейно-поляризованные колебания с амплитудой Е0 можно
рассматривать как суперпозицию левой и правой круговой поляризации с
амплитудами Е0/2. Направление линейной поляризации зависит от разности
фаз круговых компонент.
свет, отраженный от зеркала после прямого прохождения. Удвоится ли
вращение? Или же вращения вообще не будет?
Первое из великих открытий Пастера. Луи Пастер обнаружил, что оптически
неактивная форма винной кислоты является смесью равного числа молекул
винной кислоты, имеющих левую и правую спиральности. Изучая кристаллы
винной кислоты под микроскопом, он обнаружил в неактивной (рацемической)
смеси кристаллы обеих спиральностей. С помощью маленького пинцета ему
удалось разделить кристаллы с правой и левой спиральностью. Водный
раствор кристаллов данной спиральности поворачивает плоскость поляризации
точно так же, как естественная винная кислота, полученная из винограда.
Другая группа выделенных кристаллов вращает плоскость поляризации на тот
же угол, но в другом направлении. Последний тип кристаллов винной кислоты
никем до Пастера не наблюдался *).
Наблюдаемая у органических молекул живых организмов спиральность
определенного знака, несомненно, является ключом к разгадке эволюции
жизни на нашей планете. Все молекулы ДНК (основа клетки) имеют свойства
правой спирали. Почему? Может ли это быть результатом случайного
начального выбора? Может быть,
*) С этим и другими великими экспериментами Пастера, вы можете
познакомиться в книге: Rene D u Ь о s, Pasteur and Modern Science, New
York, 1960.
382
когда-то в океане было равное количество примитивных организмов,
состоящих из левых и правых ДНК, а затем по каким-то причинам "левые"
организмы исчезли? На эти вопросы еще нет ответа *).
Отражение от металла. Мы знаем, что свет, отраженный от диэлектрика
(стекла, воды), может быть сильно поляризован (для угла Брюстера
поляризация достигает 100%). Кажется удивительным, что свет, отраженный
от блестящих металлических поверхностей, практически не поляризован.
Причина в том, что зеркальная металлическая поверхность почти полностью
отражает обе компоненты. Именно поэтому поверхность кажется такой яркой.
Она казалась бы темнее, если бы одна компонента поляризации отражалась в
меньшей степени, чем другая. (Чтобы убедиться в этом, поместите
посеребренное зеркало рядом с куском стекла и смотрите на обе поверхности
под углом Брюстера для стекла. Стекло расположите на черном фоне.)
Итак, блестящая поверхность металла не создает поляризованного света из
падающего на нее неполяризованного света. Было бы неверно делать из этого
факта поспешный вывод, что поверхность металла не оказывает влияния и на
поляризованный свет. Кусок целлофана не образует поляризованного света из
падающего неполяризованного света, однако он может изменять
поляризационное состояние падающего поляризованного света. Таким же
свойством обладает блестящая поверхность металла. Вы можете убедиться в
этом, проделав несложный опыт, в котором линейно-поляризованный свет
превращается после отражения от металла в свет, поляризованный по кругу.
(См. домашний опыт 8.28.)
8.5. Ширина полосы, время когерентности и поляризация
Здесь будет рассмотрен вопрос о поляризации света, испускаемого атомами.
Мы воспользуемся классической моделью электрона, связанного с тяжелым
