ВВЕДЕНИЕ. Если линейно поляризованный свет проходит через плоско­параллельный слой вещества, то в некоторых случаях плоскость поляризации света оказывается повернутой

Если линейно поляризованный свет проходит через плоско­параллельный слой вещества, то в некоторых случаях плоскость поляризации света оказывается повернутой относительно своего исходного положения. Угол поворота j оказывается пропорциональным толщине слоя L:

j=aL (1),

коэффициент a называют постоянной вращения, она зависит от рода вещества и длины волны света

Это явление называется вращением плоскости поляризации или оптической активностью. Если вещество не нахо­дится во внешнем магнитном поле, то оптическая активность и вращение плоскости поляризации называются естественными. В противоположном случае говорят о магнитном вращении пло­скости поляризации или эффекте Фарадея. Типичными представителями веществ, обладающими естественной оптической активностью являются кристаллический кварц и сахар.

В зависимости от взятого вещества естественное вращение пло­скости поляризации может происходить вправо или влево, причем эти два направления условились относить к наблюдателю, к кото­рому свет приближается. В соответствии с этим различают право­ и левовращающие вещества. Вращение вправо считается положи­тельным, а влево — отрицательным.

Явление вращения плоскости поляризации указывает па определенную дисимметрию, свойственную оптически активным средам. Она выражается в том, что в таких средах направления вращения по и против часовой стрелки физически не эквивалентны. Поэтому в среде не может быть плоскости симметрии, проходящей через направление нормали к фронту волны. Иначе, как это следует из общих соображений симметрии, плоскость поляризации света не могла бы вращаться, если бы она совпадала с любой из плоскостей симметрии. В то же время естественно-активные среды, если они жидкие, полностью изотропны, т. е. все направления в них эквивалентны. Это проявляется, в частности, в том, что естественно-активная жидкость вращает плоскость поляриза­ции в одну и ту же сторону, независимо от направления распро­странения света.

Отмеченная дисимметрия напоминает дисимметрию винтовой спирали. Будем смотреть на один из торцов спирали. Пусть по спирали движется точка, вращаясь по часовой стрелке. Если при этом точка удаляется от нас, то спираль называется правой (в про­тивоположном случае она называется левой). Если посмотреть на спираль с противоположного торца, то вращение той же точки будет происходить против часовой стрелки, но в этом случае точка будет приближаться к нам. Чтобы она удалялась, надо направление вращения изменить на противоположное. Таким образом, свойство спирали быть правой или левой не зависит от того, с какого торца на нее смотреть. Так и свойство естественно-активной среды быть право- или левовращающей не зависит от того, в каком из двух прямо противоположных направлений распространяется свет.

Таким образом, если плоскость поляризации в естественно-активной среде вращается, например, вправо, то при изменении направления распространения света на противоположное она по-прежнему будет вращаться вправо. Однако направления вращения («вправо» и «влево») относятся к разным наблюдателям: к каждому из них свет должен приближаться. Объективно, независимо от выбора наблюдателя, вращения происходят в противоположные стороны, если лучи распространяются навстречу друг другу. Если свет заставить пройти туда и обратно через естественно-активное вещество, отразив его от зеркала, то плоскость поляризации воз­вратится к своему исходному направлению.

Оптическую активность растворов принято характеризовать удельным вращением [a], равным углу поворота в слое единичной толщины при концентрации раствора равной единице:

j=[a]сL (2).

Величина [a] зависит от природы оптически активного вещества, температуры и длины волны.

Объяснение оптической активности можно получить, рассматривая взаимодействие световой волны с молекулами вещества, принимая при этом во внимание конечные размеры молекул и их структуру. Рассмотрение это достаточно сложное и в работе не приводится.