Большая Советская Энциклопедия (ОП)

Лит.: Оптимальное планирование и совершенствование управления народным хозяйством. [Сб. ст.], М., 1969; Проблемы народнохозяйственного оптимума. [Сборник], Новосиб., 1973.

Ю. С. Солнышков.

Оптическая активность

Опти'ческая акти'вность , способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света). Впервые обнаружена в 1811 Д. Ф. Араго в кварце. В 1815 Ж. Б. Био открыл О. а. чистых жидкостей (скипидара), а затем растворов и паров многих, главным образом органических, веществ. Он же установил (см. Био закон ), что: 1) угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя активного вещества (или его раствора) и концентрации с этого вещества — j = [a] lc (коэффициент [a] называется удельной О. а.); 2) поворот в данной среде происходит либо по часовой стрелке (j > 0), либо против неё (j < 0), если смотреть навстречу ходу лучей света. Соответственно оптически-активные вещества , проявляющие естественную О. а. (О. а., не вызываемую наличием внешних полей), разделяют на правовращающие [положительно вращающие, (d), j > 0] и левовращающие [отрицательно вращающие, (l ), j < 0]. Это условное деление применимо в широких интервалах длин волн излучения. Оно теряет смысл лишь вблизи полос собственного (резонансного) поглощения среды; в 1896 французский учёный Э. Коттон обнаружил, что в одном и том же веществе j имеет различные знаки по разные стороны от полос резонансного поглощения (см. Поглощение света ).

Некоторые вещества оптически активны лишь в кристаллическом состоянии (кварц, киноварь и пр.), так что их О. а. есть свойство кристалла в целом; для них удельная О. а. обозначается просто a и формула Био записывается в виде j = al . Другие вещества активны в любом агрегатном состоянии; это означает, что их О. а. определяется свойствами отдельных молекул. Удельная О. а. зависит не только от рода вещества, но и от агрегатного состояния, температуры, давления, типа растворителя и т.д. Типичные значения [a] в град /дм·г /см³ : 66,473+0,0127 с (раствор сахарозы в воде); 14,83—0,146 с (виннокаменная кислота в воде); –3,068+0,08959 с и –5,7 (яблочная кислота в воде и ацетоне соответственно); –37 (скипидар в воде); 40,9+0,135 с (камфора в этиловом спирте). Здесь с — концентрация растворённого вещества в г на 100 см³ раствора. Первые две величины верны в интервалах концентраций 0—50, [a] для камфары — в интервале 10—50, остальные — при любой концентрации (если вообще зависят от неё). Эти значения приведены для стандартных условий: длины волны света 589,3 нм (D– линия натрия) и температуры 20 °С.

От естественной О. а. отличают искусственную, или наведённую, О. а., проявляющуюся лишь при помещении оптически неактивного вещества в магнитное поле (Фарадея эффект ; см. также Верде постоянная ). Знак вращения в эффекте Фарадея зависит как от магнитных свойств среды (парамагнитна она, диамагнитна или ферромагнитна), так и от того, вдоль поля или против него распространяется излучение. Это связано с особым характером магнитного поля (определяющие его величины являются псевдовекторами, или осевыми векторами ). Если линейно-поляризованный свет, прошедший через слой вещества с естественной О. а., отражается и проходит через тот же слой в обратном направлении, восстанавливается исходная поляризация, тогда как в среде с наведённой О. а. в аналогичном опыте угол поворота удвоится.

Феноменологическую (макроскопическую) теорию О. а. предложил в 1823 О. Ж. Френель , объяснивший О. а. различием преломления показателей среды n₊ и n_– для право- и левополяризованных по кругу световых волн. (Волну линейно-поляризованного света всегда можно представить как совокупность двух право- и левополяризованных по кругу волн равной интенсивности; см. Поляризация света .) Полученное Френелем выражение имеет вид j = p·l /l(n₊ – n_– ), где l — длина волны излучения в вакууме; т. о., j может быть значительным даже при очень малом различии n₊ и n_– , если l , как это обычно, бывает много больше l. Этим объясняется чрезвычайно высокая чувствительность методов, основанных на измерении О. а. (например, при определении различий в показателе преломления в 10 000 раз точнее самых точных измерений с помощью интерферометров ).

Развитие теории О. а. тесно связано с изучением её дисперсии — зависимости a (или [a]) от l. Ещё Био установил, что в исследованных им случаях a тем меньше, чем больше l (j ~ l^–2 ). Такая дисперсия характерна для т. н. нормальной О. а. — вдали от длин волн l _{, на которых в оптически-активном веществе происходит резонансное поглощение. Эме Коттон, изучавший О. а. для излучений с l, близкими к l , обнаружил аномальную О. а. — увеличение a с ростом l, а также различие поглощения показателей при этих длинах волн для право- и левополяризованных по кругу лучей — т. н. круговой дихроизм, или эффект Коттона. Вследствие кругового дихроизма вблизи полос собственного поглощения не только поворачивается плоскость поляризации света, исходно поляризованного линейно, но и одновременно этот свет превращается в эллиптически-поляризованный.}

Исследования О. а. показали, что для объяснения О. а. существен учёт изменения поля световой волны на расстояниях порядка размеров а молекулы (иона) вещества. (При описании многих др. оптических явлений таким изменением можно пренебречь, т.к. а /l ~ 10^–3 , но как раз этот параметр определяет различие между n₊ и n_– .) Одним из решающих этапов выяснения природы О. а. явилось открытие Л. Пастером в 1848 оптических антиподов-веществ, неразличимых по всем физическим (и многим химическим) свойствам, кроме направления вращения плоскости поляризации (отличаясь знаками, удельные О. а. двух антиподов равны по абсолютной величине). Оказалось, что оптические антиподы (кристаллические решётки в кристаллах, отдельные молекулы в аморфных, жидких и газообразных оптическиактивных веществах — такие молекулы называются оптическими изомерами) являются зеркальными отражениями друг друга, так что никакими перемещениями и поворотами в пространстве не могут быть совмещены один с другим при полном тождестве образующих их элементов. Для молекул каждого из оптических изомеров характерна пространственная асимметрия — они не имеют плоскости зеркальной симметрии и центра инверсии (см. Изомерия , Стереохимия , Энантиоморфизм ).

Теория О. а. молекулярных паров в рамках классической электронной теории (см. Лоренца — Максвелла уравнения ) была разработана в 1915 М. Борном и независимо шведским физиком К. В. Озееном, которые показали, что наряду с асимметрией молекул следует учитывать несинфазность микротоков, наведённых полем световой волны в разных частях молекул (при всей малости a/l). Квантовую теорию О. а. паров построил в 1928 бельгийский учёный Л. Розенфельд. И в этой, более строгой с позиций современной науки теории рассматриваются процессы, связанные с конечным размером молекул (происходящие на расстояниях ~а ). Для объяснения О. а. оказалось необходимым учитывать как электрический, так и магнитный дипольные моменты, наводимые в молекуле полем проходящей волны. Теория О. а. молекулярных сред, активных лишь в кристаллической фазе, тесно связана с теорией экситонов , т.к. О. а. этих кристаллов определяется характером волн поляризации в них. О теории наведённой О. а. см. Магнитооптика ,Фарадея эффект . Современные теории О. а. качественно правильно описывают это явление, однако количественная теория дисперсии О. а. сталкивается со значительными трудностями в связи со сложностью изучаемых объектов.

О. а. обнаруживают широкие классы веществ, в особенности органических. Характер дисперсии О. а. весьма чувствителен к различным факторам, определяющим внутри- и межмолекулярные взаимодействия. Поэтому методы, основанные на измерении О. а., широко используются в физических, химических, биологических и др. научных исследованиях и в промышленности (см. Поляриметрия ,Сахариметрия ).

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. — Л., 1951; Mathieu J. P. Activit_e optique naturelle, в кн.: Encyclopedia of Physics (Handbuch des Physik), v. 28, В. — [а. о.], 1957.

С. Г. Пржибельский.

Оптическая анизотропия

Опти'ческая анизотропи'я , различие оптических свойств среды в зависимости от направления распространения в ней оптического излучения (света) и состояния поляризации этого излучения (см. Поляризация света ). Часто, особенно в кристаллооптике , под О. а. понимают только явление двойного лучепреломления . Более правильно, однако, относить к О. а. и вращение плоскости поляризации , происходящее в оптически-активных веществах . Естественная О. а. большинства кристаллов обусловлена характером их строения — неодинаковостью по разным направлениям поля сил, связывающих частицы в кристаллической решётке, а в случае некоторых оптически-активных кристаллов — также и особенностями возбуждённых состояний электронов и «ионных остовов» в этих кристаллах. Естественная оптическая активность (вращение плоскости поляризации) веществ, которые проявляют её в любом агрегатном состоянии (кристаллическом, аморфном, жидком, газообразном), связана с асимметрией строения отдельных молекул таких веществ и обусловленным ею различием во взаимодействии этих молекул с излучением различной поляризации. Наведённая (искусственная) О. а. возникает в средах, от природы оптически изотропных, под действием внешних полей, выделяющих в средах определённые направления. Это может быть электрическое поле (см. Керра эффект ), магнитное (Коттона — Мутона эффект , Фарадея эффект ), поле упругих сил (явление фотоупругости ). К искусственным О. а. относится также двойное лучепреломление в потоке жидкости (Максвелла эффект) и в средах, через которые пропускают световые потоки сверхвысокой интенсивности (обычно излучение лазеров ).

С. Г. Пржибельский.

Оптическая длина пути

Опти'ческая длина' пути' , оптический путь, между точками А и В прозрачной среды; расстояние, на которое свет (оптическое излучение ) распространился бы в вакууме за время его прохождения от А до В . Поскольку скорость света в любой среде меньше его скорости в вакууме, О. д. п. всегда больше реально проходимого светом расстояния (или, в предельном случае вакуума, равна ему). В оптической системе, состоящей из р однородных сред (траектория луча света в такой системе — ломаная линия), О. д. п. равна

, где l_k — расстояние, пройденное светом в k– той среде (k = 1, 2,..., р ), n_k — показатель преломления этой среды, a — знак суммы. Для одной среды (р = 1) сумма сокращается до единственного члена l_n . В оптически неоднородной среде (с плавно меняющимся n ; траектория луча в такой среде — кривая линия), О. д. п. есть

, где dl — бесконечно малый элемент траектории луча. Понятие О. д. п. играет большую роль в оптике, особенно в геометрической оптике и кристаллооптике , позволяя сопоставлять пути, проходимые светом в средах, в которых скорость его распространения различна. Геометрическое место точек, для которых О. д. п., отсчитываемая от одного источника, одинакова, называется поверхностью световой волны; световые колебания на этой поверхности находятся в одинаковой фазе . См. также Разность хода лучей, Ферма принцип ,Эйконал .

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т.3); Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., ч. 1, М. — Л., 1948; Борн. М., Вольф Э., Основы оптики, пер с англ., 2 изд., М., 1973.

Оптическая звукозапись

Опти'ческая звукоза'пись , то же, что звукозапись фотографическая.

Оптическая изомерия

Опти'ческая изомери'я , один из видов пространственной изомерии .