撰文 | 蘇濤
這事兒要從上次去泰國玩兒說起。 現在泰國已經被中國人承包了， 你在泰國看見的中國人， 肯定要比你在三裡屯看到的優衣庫多多了， 啊呸， 是三裡屯看到的中國人多多了。
我就看到一家三口來海邊旅行， 那個小朋友是個好奇寶寶， 老是拉著他爸爸問這問那。 呦， 我這一聽， 他正問道“爸爸， 爸爸， 天空為啥是藍色的”？他爸嫌煩沒搭理他。
我本著多年助人為樂的優秀品質， 和把每個孩子都視若己出的大愛精神， 給他解釋道：小朋友， 那是因為瑞利散射啊。
你知道瑞利散射嘛？就是當粒子尺度遠小於入射光波長時（<λ/10）， 其各方向上的散射光強度是不一樣的， 該強度與入射光波長的四次方成反比。
順手我就在腳下的沙地上把瑞利公式寫給了他， 還不辭辛勞的給他解釋了， 式中出現的字母都有什麼意義， 以及這個式子有什麼物理意義。
簡單說就是， 太陽光譜中波長較短的藍紫光比波長較長的紅光散射更明顯， 短波中人眼對紫光不敏感對藍光敏感， 所以最後天空呈現藍色。
想來我這種毀人不倦（霧， 劃掉）的態度感動了小朋友， 聽完這個他一臉懵逼， 整個人都不對了。
我見機又問他， 你知道大海為啥是藍色的嘛， 來哥哥再給你講一哈拉曼散射， 看到他嚎啕大哭地跑遠了， 我終於露出了志得意滿的英（wei）俊（suo）笑容。 （KO熊孩子*1）
說到海洋為什麼會是藍色， 1921年印度物理學家拉曼從英國坐船回來時， 也在思考這個問題。
我認為， 基於印度糟糕的交通系統， 本來拉曼先生考慮的應該是， 如果被擠落水後會有怎樣的運動過程， 但是這個問題已經被以撒•牛頓爵士很好的解決了， 所以拉曼先生只好考慮海洋的顏色問題。
自這次航行起， 拉曼開始了這方面的研究， 促成他於 1928 年 2 月發現了新的散射效應， 就是現在所知的拉曼散射。 敲黑板， 在物理和化學方面都很重要！
01
拉曼的全名是 Chandrasekara Venkataraman。 別瞅我， 我也不會讀！我猜大家叫他拉曼， 真的是因為， 沒人能讀出這個印度小子的名字。
長的很印度的拉曼先生
他的成長經歷和你我不一樣（我們不一樣~），是一個標準的天才神童的成長經歷。主修光學和聲學的拉曼，16歲就大學畢業，19歲就碩士畢業了。
在獲得學位後，拉曼再接再厲奮發圖強的考上了，呃，政府的助理會計主任。此後，他天天在腐朽墮落的殖民地政府的辦公室裡，悠哉悠哉地喝茶看報浪費生命，日子爽的不要不要的。（這似乎也和現在我們大多物理專業的畢業生一樣，捂臉）
不一樣的是拉曼先生是個愛熱鬧的人，經常在鬧市給大夥兒講物理、做實驗（呸，惡趣味）。他的研究課題包括印度舞裡常出現的：西塔爾琴（印度絃樂器）、塔不拉（印度鼓）和穿莎麗的印度姑娘。
由於老給同事們講非線性光學、時不時還動手動腳（做實驗），拉曼最終被不厭其擾的同事們集體投訴。這導致拉曼先生不得不辭去熱愛的、事兒少錢多離家近的官老爺工作。
他還能幹什麼呢？沒錯，當物理學家啊，去謔謔那些科學呆子吧拉曼！
相愛沒有那麼容易，當物理學家也是。加入天地會要去總舵刻反清複明、加入紐約黑幫要和“教父”一起吃dinner、就連加入洪興都要先到山雞那裡拜拜碼頭，科學界其實也差不多。
懷著對過往吹比的無限悔恨，和對未來的不安忐忑，拉曼來到了科學繁榮昌盛的英國。
02
那是1921年的夏天，倫敦的天氣還是有一些悶熱。馬路邊的咖啡店裡，人們興致勃勃地談論著當時正要在牛津舉辦的英聯邦的大學會議。街上的報童在大聲叫賣報紙，那上面正在討論愛爾蘭與英國簽定停火協議，沒人注意到在遙遠的中國有一個名為中國共產黨的組織成立了。
街邊一位紳士彬彬有禮地扶著貴婦人上了馬車，趕去聽普契尼的歌劇《圖蘭朵》。兩位老太太羡慕地望著馬車遠去，對貴婦帽子的式樣大為讚歎，但不久後，她們就找到了新的話題，開始對瑞利男爵三世的遺產案評頭論足起來。看來，即使是新世紀的到來，也不能改變這個城市古老而傳統的生活方式。
在英聯邦大學會議上，拉曼見到了偉大的湯姆遜、偉大的盧瑟福、偉大的布拉格以及偉大的狄拉克（當然這些人都沒有鳥這個渾身咖喱味的殖民地小哥）。
雖然作為一個小透明，拉曼被無視到都沒人來打臉。但他發現在這裡人們對物理學的興趣簡直高亢，開爾文爵士的演講居然能吸引各種社會名流，在這裡做科研的人簡直不要太爽。
待了五個月之後，拉曼且悲且喜的踏上回國的船“納昆達”號。為什麼悲傷呢？因為拉曼發現，他的偶像、因研究光的散射、提出著名散射公式的瑞利已經於兩年前去世了；而令拉曼先生欣喜的是，他在這個過世大佬的文章裡發現了一個致命的錯誤。等著吧，你們這群傲慢的英國佬，我會給你們一個教訓的，拉曼暗暗道。
現在我們知道，瑞利在解釋完瑞利散射後，貌似有點累，於是他大失水準地告訴大家，海之所以是藍的是因為反射天空的顏色。真的是這麼簡單嘛？愛做實驗（愛BB）的拉曼站出來了：不！不是這樣的！
作為實驗狂魔，拉曼長期在頭巾裡包著一些簡單的光學儀器，包括一個口袋大小的分光儀、幾個尼科爾棱鏡、一個小望遠鏡，甚至還有一片光柵（大霧，劃掉）。在從英國駛往印度的漫長旅途上，他利用這些儀器來檢查海水，終於確信水分子就像氣體分子一樣，也可以將光散射。
所以他一抵達孟買港口，就馬上投了一篇快報式論文到Nature期刊。（哇，你也是膽子大，不先投個二區試試水？）
果不其然，這篇文章無人應答。
但是拉曼在船上所得到的洞見給了他極大的鼓舞，因此當他回到加爾各答的實驗室後，他和他的小夥伴們就著手從新的方向研究光的散射效應。
與此同時，1922 年康普頓（Arthur Compton，1927年獲得諾貝爾獎）發現，X 射線在和電子非彈性碰撞後，會損失能量，因此波長會變長。這給了拉曼很大的啟發，他相信類似康普頓效應的情形，也可被證明出會出現在可見光與分子 的非彈性散射上。
康普頓效應
拉曼和他的研究團隊在加爾各答做了一些簡單的實驗，來看不同液體中光的散射情形。他們用陽光作為光源，用不同的濾光器將各色光分離出來，然後讓其自液體標靶中散射出去。只用如此簡單的裝備，就能觀察到許多不同液體中光散射的顏色變化。
一束光通過棱鏡
在1928 年 2 月，拉曼又通過實驗觀察到散射的光會極化，因此可以分辨出新的散射效應和螢光的區別。他和同事克裡許南（K. S. Krishnan）合寄出一篇短論文到 Nature，標題為《一個二次輻射的新類型》，在論文中他們描述所檢查過的 60 種不同的普通液體，在所有液體中都觀察到，些許程度的新散射效應。
不久，拉曼用分光儀測出光與散射光的確切波長，並于3月時將此量化的結果在南印度科學協會的演講和《印度物理期刊》（Indian Journal of Physics）中公佈出來。
當時其他科學家也有在研究光的散射效應，例如俄國物理學家蘭茲伯格（ Grigory Landsberg）和曼德爾斯坦（Leonid Mandelshtam） 。他們於 1925 年開始在石英中觀察光散射，起初也因石英樣品不良，有許多雜質而研究受阻。但之後他們設法得到了足夠純的石英樣品， 因而在 1928 年 2 月也獨立地觀察到，與拉曼散射相同的散射效應。兩個月後，他們將結果在莫斯科的會議中發表。
拉曼散射效應
物理學家很快地認識到拉曼效應的重要性，它不僅給量子理論提供了另一種確認，還在分子振動與旋轉的研究方面很有用。量子領域的大佬愛因斯坦看著拉曼的論文讚不絕口時，可能不會想到這個被他誇讚年輕人，是個包著頭巾、邊吃咖喱邊摳腳的印度小哥。
在短短幾年間，化學家就都開始用拉曼光譜學作為化學分析之用。 現在拉曼光譜在日常生活中就有應用，記得地鐵裡安檢液體的那個儀器嘛~
我們將鐳射聚焦在樣品表面，並在樣品表面收集拉曼散射信號。由於鐳射焦距固定，拉曼光譜可以有效分析薄透明包裝材料內(如塑膠樣品袋或透明玻璃瓶)的樣品。（真的不是那個喝一口就算過安檢了~）
拉曼光譜儀
當然新型透視拉曼技術，更是能穿過不透明包裝的材料，（例如塑膠瓶、纖維樣品袋、雙層玻璃、紙張以及纖維包封等），檢測包裝內部的樣品，是不是敲膩害~
03
拉曼因此發現而於1930年獲得諾貝爾獎，此外還獲得無數的其他榮譽。他於 1929 年被英國政府封以爵位（注：印度於 1947 年才脫離英國獨立），現在我們要叫他拉曼爵士（Lord Raman）
再後來印度獨立，拉曼先生走上人生顛覆，當上了印度科學院的院長，還在班加羅爾 （Bangalore）設立了拉曼研究所。他在印度的地位相當於當年牛頓在英國一樣。他逝世於 1970 年，為了紀念拉曼和他的發現，印度將每年的2月28日訂為國家科學日，以茲慶祝。
拉曼終於成為了和甘地、泰戈爾一樣的偉大印度人，也和牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦等人一起成為物理學界的擎天柱。
這,告訴我們，只要愛做物理實驗，即使你是個包著頭巾渾身咖喱味的小哥，上帝？濕婆也會讓你出名的。
作者系中科院半導體所研究生
參考文獻
蕭如珀等/譯，《1928 年2 月：發現拉曼散射》，APS News（美國物理學會新聞）；
簡趣玲，《物理實驗》：喇曼效應，1985年02期；
王大明、郭振華，《自然辯證法通訊》：拉曼：土生土長的印度科學家，1994年01期
長的很印度的拉曼先生
他的成長經歷和你我不一樣（我們不一樣~），是一個標準的天才神童的成長經歷。主修光學和聲學的拉曼，16歲就大學畢業，19歲就碩士畢業了。
在獲得學位後，拉曼再接再厲奮發圖強的考上了，呃，政府的助理會計主任。此後，他天天在腐朽墮落的殖民地政府的辦公室裡，悠哉悠哉地喝茶看報浪費生命，日子爽的不要不要的。（這似乎也和現在我們大多物理專業的畢業生一樣，捂臉）
不一樣的是拉曼先生是個愛熱鬧的人，經常在鬧市給大夥兒講物理、做實驗（呸，惡趣味）。他的研究課題包括印度舞裡常出現的：西塔爾琴（印度絃樂器）、塔不拉（印度鼓）和穿莎麗的印度姑娘。
由於老給同事們講非線性光學、時不時還動手動腳（做實驗），拉曼最終被不厭其擾的同事們集體投訴。這導致拉曼先生不得不辭去熱愛的、事兒少錢多離家近的官老爺工作。
他還能幹什麼呢？沒錯，當物理學家啊，去謔謔那些科學呆子吧拉曼！
相愛沒有那麼容易，當物理學家也是。加入天地會要去總舵刻反清複明、加入紐約黑幫要和“教父”一起吃dinner、就連加入洪興都要先到山雞那裡拜拜碼頭，科學界其實也差不多。
懷著對過往吹比的無限悔恨，和對未來的不安忐忑，拉曼來到了科學繁榮昌盛的英國。
02
那是1921年的夏天，倫敦的天氣還是有一些悶熱。馬路邊的咖啡店裡，人們興致勃勃地談論著當時正要在牛津舉辦的英聯邦的大學會議。街上的報童在大聲叫賣報紙，那上面正在討論愛爾蘭與英國簽定停火協議，沒人注意到在遙遠的中國有一個名為中國共產黨的組織成立了。
街邊一位紳士彬彬有禮地扶著貴婦人上了馬車，趕去聽普契尼的歌劇《圖蘭朵》。兩位老太太羡慕地望著馬車遠去，對貴婦帽子的式樣大為讚歎，但不久後，她們就找到了新的話題，開始對瑞利男爵三世的遺產案評頭論足起來。看來，即使是新世紀的到來，也不能改變這個城市古老而傳統的生活方式。
在英聯邦大學會議上，拉曼見到了偉大的湯姆遜、偉大的盧瑟福、偉大的布拉格以及偉大的狄拉克（當然這些人都沒有鳥這個渾身咖喱味的殖民地小哥）。
雖然作為一個小透明，拉曼被無視到都沒人來打臉。但他發現在這裡人們對物理學的興趣簡直高亢，開爾文爵士的演講居然能吸引各種社會名流，在這裡做科研的人簡直不要太爽。
待了五個月之後，拉曼且悲且喜的踏上回國的船“納昆達”號。為什麼悲傷呢？因為拉曼發現，他的偶像、因研究光的散射、提出著名散射公式的瑞利已經於兩年前去世了；而令拉曼先生欣喜的是，他在這個過世大佬的文章裡發現了一個致命的錯誤。等著吧，你們這群傲慢的英國佬，我會給你們一個教訓的，拉曼暗暗道。
現在我們知道，瑞利在解釋完瑞利散射後，貌似有點累，於是他大失水準地告訴大家，海之所以是藍的是因為反射天空的顏色。真的是這麼簡單嘛？愛做實驗（愛BB）的拉曼站出來了：不！不是這樣的！
作為實驗狂魔，拉曼長期在頭巾裡包著一些簡單的光學儀器，包括一個口袋大小的分光儀、幾個尼科爾棱鏡、一個小望遠鏡，甚至還有一片光柵（大霧，劃掉）。在從英國駛往印度的漫長旅途上，他利用這些儀器來檢查海水，終於確信水分子就像氣體分子一樣，也可以將光散射。
所以他一抵達孟買港口，就馬上投了一篇快報式論文到Nature期刊。（哇，你也是膽子大，不先投個二區試試水？）
果不其然，這篇文章無人應答。
但是拉曼在船上所得到的洞見給了他極大的鼓舞，因此當他回到加爾各答的實驗室後，他和他的小夥伴們就著手從新的方向研究光的散射效應。
與此同時，1922 年康普頓（Arthur Compton，1927年獲得諾貝爾獎）發現，X 射線在和電子非彈性碰撞後，會損失能量，因此波長會變長。這給了拉曼很大的啟發，他相信類似康普頓效應的情形，也可被證明出會出現在可見光與分子 的非彈性散射上。
康普頓效應
拉曼和他的研究團隊在加爾各答做了一些簡單的實驗，來看不同液體中光的散射情形。他們用陽光作為光源，用不同的濾光器將各色光分離出來，然後讓其自液體標靶中散射出去。只用如此簡單的裝備，就能觀察到許多不同液體中光散射的顏色變化。
一束光通過棱鏡
在1928 年 2 月，拉曼又通過實驗觀察到散射的光會極化，因此可以分辨出新的散射效應和螢光的區別。他和同事克裡許南（K. S. Krishnan）合寄出一篇短論文到 Nature，標題為《一個二次輻射的新類型》，在論文中他們描述所檢查過的 60 種不同的普通液體，在所有液體中都觀察到，些許程度的新散射效應。
不久，拉曼用分光儀測出光與散射光的確切波長，並于3月時將此量化的結果在南印度科學協會的演講和《印度物理期刊》（Indian Journal of Physics）中公佈出來。
當時其他科學家也有在研究光的散射效應，例如俄國物理學家蘭茲伯格（ Grigory Landsberg）和曼德爾斯坦（Leonid Mandelshtam） 。他們於 1925 年開始在石英中觀察光散射，起初也因石英樣品不良，有許多雜質而研究受阻。但之後他們設法得到了足夠純的石英樣品， 因而在 1928 年 2 月也獨立地觀察到，與拉曼散射相同的散射效應。兩個月後，他們將結果在莫斯科的會議中發表。
拉曼散射效應
物理學家很快地認識到拉曼效應的重要性，它不僅給量子理論提供了另一種確認，還在分子振動與旋轉的研究方面很有用。量子領域的大佬愛因斯坦看著拉曼的論文讚不絕口時，可能不會想到這個被他誇讚年輕人，是個包著頭巾、邊吃咖喱邊摳腳的印度小哥。
在短短幾年間，化學家就都開始用拉曼光譜學作為化學分析之用。 現在拉曼光譜在日常生活中就有應用，記得地鐵裡安檢液體的那個儀器嘛~
我們將鐳射聚焦在樣品表面，並在樣品表面收集拉曼散射信號。由於鐳射焦距固定，拉曼光譜可以有效分析薄透明包裝材料內(如塑膠樣品袋或透明玻璃瓶)的樣品。（真的不是那個喝一口就算過安檢了~）
拉曼光譜儀
當然新型透視拉曼技術，更是能穿過不透明包裝的材料，（例如塑膠瓶、纖維樣品袋、雙層玻璃、紙張以及纖維包封等），檢測包裝內部的樣品，是不是敲膩害~
03
拉曼因此發現而於1930年獲得諾貝爾獎，此外還獲得無數的其他榮譽。他於 1929 年被英國政府封以爵位（注：印度於 1947 年才脫離英國獨立），現在我們要叫他拉曼爵士（Lord Raman）
再後來印度獨立，拉曼先生走上人生顛覆，當上了印度科學院的院長，還在班加羅爾 （Bangalore）設立了拉曼研究所。他在印度的地位相當於當年牛頓在英國一樣。他逝世於 1970 年，為了紀念拉曼和他的發現，印度將每年的2月28日訂為國家科學日，以茲慶祝。
拉曼終於成為了和甘地、泰戈爾一樣的偉大印度人，也和牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦等人一起成為物理學界的擎天柱。
這,告訴我們，只要愛做物理實驗，即使你是個包著頭巾渾身咖喱味的小哥，上帝？濕婆也會讓你出名的。
作者系中科院半導體所研究生
參考文獻
蕭如珀等/譯，《1928 年2 月：發現拉曼散射》，APS News（美國物理學會新聞）；
簡趣玲，《物理實驗》：喇曼效應，1985年02期；
王大明、郭振華，《自然辯證法通訊》：拉曼：土生土長的印度科學家，1994年01期