Kaj je elektromagnetno sipanje?

Elektromagnetno sipanje je fizični učinek elektromagnetnega valovanja, kot so svetlobni ali radijski valovi, ki zadene predmet. Namesto da bi nadaljevali v ravni črti, kot so svetlobni valovi neovirani, se svetloba lomi ali odbija od mikroskopskih tekstur v predmetu. Elektromagnetno sipanje je pogosto odgovorno za videz barve in ima več različnih oblik.

Glede na dovolj znanja o razpršenih delcih in valovih je mogoče predvideti, kako se bo svetloba razpršila. Postopek lahko deluje tudi obratno, saj lahko znanstveno opazovanje sipanja zagotovi informacije o dohodnem valu in delcih, ki ga razpršijo. Študija razprševanja je privedla do pomembnega napredka na več področjih, vključno z računalniško ustvarjenimi posnetki, radarji in medicinsko tehnologijo.

Zakaj je nebo modro, je priljubljeno vprašanje, ki ga je mogoče razložiti z elektromagnetnim sipanjem. Rayleighovo sipanje temelji na poskusih angleškega znanstvenika iz zgodnjega 20. stoletja Johna Strutta, tretjega barona Rayleigha. Njegovo delo je bilo opravljeno na učinkih sipanja svetlobnih valov na delce, ki so manjši od vhodnih valov. Ker ima modra barva kratko valovno dolžino, je še posebej občutljiva na razpršitev, saj se odbija od plinskih delcev zraka, ki obdaja Zemljo. Rdeči, rumeni in oranžni odtenki so veliko daljše valovne dolžine, zato so na nebu vidni le, če gledamo v bližino ali v sonce.

Zaradi majhne velikosti razpršenih delcev pri Rayleighovem sipanju se oblika delcev ne šteje za pomembno. Večje centre sipanja pokriva Miejeva teorija elektromagnetnega sipanja, poimenovana po nemškem fiziku Gustavu Mieju. Mie je ugotovil, da so spremembe v barvi in ​​motnosti odločilne za velikost in obliko središča sipanja. Njegovo delo velja za posebno koristno pri razumevanju elektromagnetnega sipanja skozi meglice ali oblake.

Tako Rayleighove kot Miejeve rešitve veljata za elastične, kar pomeni, da sipanje valov bistveno ne oslabi njune energije. Obstaja tudi več drugih oblik, ki se ukvarjajo z energijskimi premiki zaradi elektromagnetnega sipanja, vključno z Brillouinovo, Ramanovo in Comptonovo sipanje. Comptonovo sipanje velja za posebno pomembno, saj dokazuje, da ima svetloba lahko lastnosti tako valovanja kot toka delcev. Neelastično elektromagnetno sipanje se uporablja na več področjih, vključno z astrofiziko, rentgensko tehnologijo in pri merjenju elastičnega odziva živega tkiva.

Elektromagnetno sipanje je v svoji osnovi preprost koncept, viden v vsakdanjih situacijah. Znanstveno preučevanje sipanja je izjemno kompleksno in tudi različne zgoraj naštete rešitve ne pojasnjujejo v celoti učinkov in rezultatov vseh situacij sipanja. To, kar je bilo odkrito, je privedlo do izjemnih znanstvenih inovacij v tehnikah slikanja, prav tako pa nam je omogočilo, da končno natančno razumemo, zakaj je nebo modro.