錢德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼

錢德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼

錢德拉塞卡拉•拉曼爵士,FRS(英語:Sir Chandrasekhara Raman, 1888年11月7日-1970年11月21日),印度物理學家,1928年發現拉曼效應(指光波在被散射後頻率發生變化的現象),1930年獲諾貝爾物理學獎。

基本信息

生平簡介

錢德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼錢德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼
拉曼是印度泰米爾婆羅門教徒,出生在Tiruchirappalli附近的Thiruvanaikaval,馬德拉斯的主席R·錢德拉塞卡艾耶(生於1866)和帕爾瓦蒂Ammal的孩子。拉曼是他們八個來子裡面的第二個孩子。在幼年時,拉曼搬到安德拉邦的Vizag城。在聖?Aloysius英印高中讀書。他的父親是數學和物理學家。1902年,拉曼進入欽奈學院讀書。1904年,他獲得了學士學位並奪得了物理學的第一名和金牌。1907年,他獲得了碩士學位並成為最高優的那一名。同年,拉曼與LokasundariAmmal結婚,並且擁有兩個兒子,分別為Chandrasekhar和Radhakrishnan。後來他加入了印度財務部擔任助理總會計師。
1917年任加爾各答大學物理學教授,研究光在各種物質中的散射,1928年發現物質被單一頻率的光束照明時,在以與原來方向成直角射出的光束中,含有表明該物質特性的其他頻率。這種喇曼頻率,等於該物質的紅外頻率,是由光與物質之間的能量交換引起的。
1929年封爵,1933年遷往班加羅爾(Bangalore)的印度科學研究所,任物理學部主任。1947年任該地喇曼研究所所長,1961年成為宗座科學院院士。對當時印度每個研究所的建立幾乎都作了貢獻,創辦《印度物理學報》和印度科學院,訓練了成百上千的學生在印度和緬甸各大學和政府里擔任要職。
拉曼在西元1948年印度科學研究所退休一年後,在卡納塔克邦班加羅爾成立了拉曼研究所。他曾經擔任拉曼研究所的董事並持續活耀其中,直到他1970年死亡於班加羅爾,享年82歲。

家庭成員

1907年5月6日,拉曼與LokasundariAmmal結婚,並且擁有兩個兒子,分別為Chandrasekhar和Radhakrishnan。
C.V.拉曼是一個人叫Subrahmanyan錢德拉塞卡叔叔,他後來獲得西元1983年的諾貝爾物理獎為他發現的錢德拉塞卡極限,並為他在1931年以後的工作在核反應必要的恆星演化。

拉曼效應

拉曼效應(Ramanscattering),也稱拉曼散射,1928年由印度物理學家拉曼發現,指光波在被散射後頻率發生變化的現象。

概述

拉曼效應拉曼效應
在光的散射現象中有一特殊效應,和X射線散射康普頓效應類似,光的頻率在散射後會發生變化。“拉曼散射”是指一定頻率的雷射照射到樣品表面時,物質中的分子吸收了部分能量,發生不同方式和程度的振動(例如:原子的擺動和扭動,化學鍵的擺動和振動),然後散射出較低頻率的光。頻率的變化決定於散射物質的特性,不同原子團振動的方式是惟一的,因此可以產生特定頻率的散射光,其光譜就稱為“指紋光譜”,可以照此原理鑑別出組成物質的分子的種類。這是拉曼在研究光的散射過程中於1928年發現的。在拉曼和他的合作者宣布發現這一效應之後幾個月,蘇聯的蘭茲伯格(G.Landsberg)和曼德爾斯坦(L.Mandelstam)也獨立地發現了這一效應,他們稱之為聯合散射。拉曼光譜是入射光子和分子相碰撞時,分子的振動能量或轉動能量和光子能量疊加的結果,利用拉曼光譜可以把處於紅外區的分子能譜轉移到可見光區來觀測。因此拉曼光譜作為紅外光譜的補充,是研究分子結構的有力武器。

發現過程

1921年夏天,航行在地中海的客輪“納昆達”號(S.S.Narkunda)上,有一位印度學者正在甲板上用簡易的光學儀器俯身對海面進行觀測。他對海水的深藍色著了迷,一心要研究海水顏色的來源。這位印度學者就是拉曼。他正在去英國的途中,是代表了印度的最高學府——加爾各答大學,到牛津參加大英國協的大學會議,還準備去英國皇家學會發表演講。這時他才33歲。對拉曼來說,海水的藍色並沒有什麼稀罕。他上學的馬德拉斯大學,面對本加爾(Bengal)海灣,每天都可以看到海灣里變幻的海水色彩。事實上,他早在16歲(1904年)時,就已熟悉著名物理學家瑞利用分子散射中散射光強與波長四次方成反比的定律(也叫瑞利定律)對蔚藍色天空所作的解釋。不知道是由於從小就養成的對自然奧秘刨根問底的個性,還是由於研究光散射問題時查閱文獻中的深入思考,他注意到瑞利的一段話值得商榷,瑞利說:“深海的藍色並不是海水的顏色,只不過是天空藍色被海水反射所致。”瑞利對海水藍色的論述一直是拉曼關心的問題。他決心進行實地考察。於是,拉曼在啟程去英國時,行裝里準備了一套實驗裝置:幾個尼科爾稜鏡、小望遠鏡、狹縫,甚至還有一片光柵。望遠鏡兩頭裝上尼科爾稜鏡當起偏器和檢偏器,隨時都可以進行實驗。他用尼科爾稜鏡觀察沿布儒斯特角從海面反射的光線,即可消去來自天空的藍光。這樣看到的光應該就是海水自身的顏色。結果證實,由此看到的是比天空還更深的藍色。他又用光柵分析海水的顏色,發現海水光譜的最大值比天空光譜的最大值更偏藍。可見,海水的顏色並非由天空顏色引起的,而是海水本身的一種性質。拉曼認為這一定是起因於水分子對光的散射。他在回程的輪船上寫了兩篇論文,討論這一現象,論文在中途停靠時先後寄往英國,發表在倫敦的兩家雜誌上。

拉曼光譜

拉曼光譜拉曼光譜
當光照射到物質上時會發生散射,散射光中除了與激發光波長相同的彈性成分(瑞利散射)外,還有比激發光的波長長的和短的成分,後一現象統稱為拉曼效應。由分子振動、固體中的光學聲子等元激發與激發光相互作用產生的非彈性散射稱為拉曼散射,一般把瑞利散射和拉曼散射合起來所形成的光譜稱為拉曼光譜。由於拉曼散射非常弱,所以直到1928年才被印度物理學家拉曼等人發現。
當時他們用汞燈單色光來照射某些液體時,在液體的散射光中觀測到了頻率低於入射光頻率的新譜線。在拉曼等人宣布了他們發現的幾個月後,蘇聯物理學家蘭德斯-別爾格等也獨立地報導了晶體中的這種效應存在。由於拉曼散射非常弱,強度大約為瑞利散射的千分之一。在雷射器出現之前,為了得到一幅完善的光譜,往往很費時間。雷射器的出現使拉曼光譜學技術發生了很大的變革。因為雷射器輸出的雷射具有很好的單色性、方向性,且強度很大,因而它們成為獲得拉曼光譜近乎理想的光源。

物理學原理

拉曼效應的機制和螢光現象不同,並不吸收激發光,因此不能用實際的上能級來解釋,恩和黃昆用虛的上能級概念說明拉曼效應。
假設散射物分子原來處於電子基態,振動能級如上圖所示。當受到入射光照射時,激發光與此分子的作用引起極化可以看作虛的吸收,表述為電子躍遷到虛態(Virtualstate),虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發光,即為散射光。存在如圖所示的三種情況,散射光中既有與入射光頻率相同的譜線,也有與入射光頻率不同的譜線,前者稱為瑞利線,後者稱為拉曼線。在拉曼線中,又把頻率小於入射光頻率的譜線稱為斯托克斯線,而把頻率大於入射光頻率的譜線稱為反斯托克斯線。

榮譽成就

拉曼榮獲大量的榮譽博士學位,科學的社會成員。在西元1924年他當選為英國皇家學會院士早在他的職業生崖和在1929年封爵。1930年他獲得了諾貝爾物理獎。1941年他被授予了富蘭克林獎章。1954年他被授予了BharatRatna,他還被授予列寧和平獎於1957年。印度為了慶祝在每年2月28日設為國家科學日,以紀念他所發現的拉曼效應在1928年。

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