§ 5. Оптическая активность

Интереснейший поляризационный эффект был обнаружен в материалах, молекулы которых не обладают зеркальной симметрией; это молекулы в виде штопора, перчатки с одной руки или вообще какой-то формы, которая при отражении в зеркале переходит в другую форму, подобно тому как перчатка с левой руки в этом случае принимает вид перчатки с правой. Предположим, что все вещество состоит из молекул одной формы, т. е. в веществе нет молекул, которые являлись бы зеркальными отражениями других. Тогда в этом веществе возникает замечательное явление, называемое оптической активностью,— направление поляризации линейно поляризованного света при прохождении через вещество поворачивается вокруг оси пучка.

Чтобы разобраться в явлении оптической активности, надо вывести ряд формул, но суть дела можно понять и качественно, без всяких вычислений. Возьмем асимметричную молекулу в форме спирали, показанную на фиг. 33.5. Оптическая активность появляется не обязательно для молекул именно такой формы, но пример спирали наиболее прост и типичен для случая, когда нет зеркальной симметрии.

Фигура 33.5. Молекула, форма которой не обладает зеркальной симметрией.

На молекулу падает, пучок света, линейно поляризованный в направлении оси .

Пусть на молекулу падает луч света, линейно поляризованный вдоль оси , тогда электрическое поле вызывает движение зарядов вверх и вниз по спирали, так что в направлении  возникает ток и происходит излучение электрического поля , поляризованного опять-таки вдоль оси . Если, однако, электроны могут двигаться только вдоль спирали, появится составляющая тока вдоль оси . Когда ток течет вверх по спирали, в точке  он движется к плоскости рисунка, а в точке  — от плоскости (здесь  — диаметр молекулярной спирали). Казалось бы, составляющая тока не дает никакого излучения, потому что на противоположных сторонах витка спирали ток течет в прямо противоположном направлении. Однако если взять составляющую электрического поля, приходящего в точку , мы увидим, что ток в точке  и ток в точке  создают поля в точке  с интервалом времени  и, следовательно, с разностью фаз . Поскольку разность фаз в точности не равна , поля не могут взаимно погаситься и остается небольшая компонента электрического поля, вызванная движением электронов в молекуле, хотя первоначальное падающее поле имело только компоненту. Складывая малую компоненту по оси  и большую компоненту по оси , получаем результирующее поле под небольшим углом к оси  (первоначальному направлению поляризации). При движении луча света через среду направление поляризации поворачивается вокруг оси луча. Нарисовав молекулы в разных положениях и определив токи, индуцированные падающим электрическим полем, можно убедиться, что появление оптической активности и направление вращения не зависят от ориентации молекул.

Примером среды, обладающей оптической активностью, является обычная патока. Для демонстрации явления берут поляроид, дающий на выходе линейно поляризованный луч, прозрачный сосуд с патокой и второй поляроид, служащий для определения вращения плоскости поляризации.