…совершенно неожиданно обнаружилось, что все линии ртути сопровождаются спутниками, расположение которых вполне закономерно повторяется вблизи каждой линии.
…вся система спутников приходится в точности на одних и тех же местах: спектры полностью совпадают при наложении.
Одно из возможных толкований могло бы быть следующим. При рассеянии света могут возбуждаться собственные инфракрасные колебания кварца за счет энергии рассеиваемого кванта. При этом энергия, а следовательно, и частота рассеиваемого кванта должна уменьшаться на величину инфракрасного кванта, соответствующего собственным колебаниям кристалла».
Чтобы яснее представить себе физическое содержание явления, переведем наш разговор на язык спектров.
Большинство процессов во вселенной связано с изменением энергетических состояний. Энергия может рассеиваться, поглощаться, выделяться, менять форму. Например, при нагревании кристалла атомы его начинают возбуждаться, их электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Как это происходит? Атом поглощает порцию энергии — квант определенной частоты, — и эта «пища» позволяет одному из валентных электронов «подняться» на более высокую орбиту. Этот и другие энергетические процессы находят вполне зримое воплощение в картине спектра. Если снять только что описанный спектр возбуждения атома, то на фотопластинке в строго определенном месте появится черная линия — характерная для данного вещества «линия поглощения». Это значит, что для наблюдаемого нами возбуждения атомов этого вещества поглощается световой квант данной, строго фиксированной энергии, то есть строго фиксированной частоты.
Бывает и обратный процесс, когда атом из возбужденного состояния переходит в нормальное. Тогда энергия, опять же в виде световых квантов определенной частоты, освобождается, и теперь уже в «спектрах излучения» появляется яркая линия, снова характерная для этого вещества.
Свет может не только полностью поглощаться веществом или излучаться, но, как мы знаем, и рассеиваться им. Поэтому и обнаруженное Мандельштамом рассеяние обсудим тоже на языке спектров.
Самая грубая схема явления будет выглядеть так. Существуют три возможности. Первая — падающий свет испытывает рассеяние, но не изменяет при этом своей частоты. Тогда в спектре появляется основная линия. Вторая — световой квант взаимодействует с атомом кристаллической решетки, находящимся в нормальном состоянии. При таком взаимодействии квант отдаст часть своей энергии, возбудит одно из возможных, присущих данному веществу колебаний, то есть переведет его на один из более высоких энергетических уровней, а сам рассеется уже новым квантом с меньшей энергией, и, соответственно, с меньшей частотой. Уменьшение частоты может быть различным, но ни в коем случае не произвольным. Всякий раз величина его равняется одному из значений, характерных для данного вида вещества. Но так как каждому веществу присущ свой ряд энергетических уровней, то в спектре рассеяния появится набор спутников с разными частотами.
