Chandrashekara Venkata Raman zrobił coś więcej niż tylko badanie światła. Sprawił, że „mówił”.
W 1930 roku ten indyjski fizyk odebrał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Po raz pierwszy naukowiec z Azji otrzymał nagrodę w dziedzinie nauk przyrodniczych. Nagrodę przyznano nie za nowe urządzenie czy nowy element, ale za subtelną zmianę zachowania światła. Kiedy światło przechodzi przez przezroczysty materiał, jego część rozprasza się i zmienia kolor. To jest efekt Ramana.
Teraz brzmi to prosto. To była wtedy rewolucja.
Praca Ramana dała naukowcom możliwość zobaczenia „odcisku palca” cząsteczek. Dziś nie jest do tego potrzebny gigantyczny akcelerator cząstek. Wystarczy laser i detektor. Technologię tę stosuje się we wszystkim, od produktów farmaceutycznych po renowację dzieł sztuki. Ale żeby to zrozumieć, trzeba najpierw zrozumieć osobowość samego odkrywcy.
Od studenta do urzędnika państwowego
Raman urodził się w 1888 roku w Trichinpoli (obecnie Tiruchirappalli). Pochodził z tamilskiej rodziny bramińskiej. Jego ojciec uczył fizyki i matematyki. To miało znaczenie: młody C. V. Raman od dzieciństwa przysłuchiwał się dyskusjom naukowym podczas rodzinnych obiadów.
Poruszał się szybko. W wieku 11 lat ukończył szkołę średnią. W wieku 13 lat rozpoczął naukę w Presidency College w Madrasie. W wieku 18 lat uzyskał tytuł magistra fizyki. Już jako student opublikował swój pierwszy artykuł. Został opublikowany w Magazynie Filozoficznym. Był to pierwszy artykuł z jego uczelni opublikowany w międzynarodowym czasopiśmie.
Jednak w Indiach Brytyjskich stanowisk naukowych było niewiele. Dlatego w 1907 roku wstąpił do służby cywilnej. Pracował w Indyjskim Urzędzie Finansowym w Kalkucie. To była praca biurowa. Według większości standardów nudna praca biurowa.
Ale on nie przestał.
Uzupełniając tablice zgłębiał dyfrakcję światła i fizykę instrumentów muzycznych. Zrobił to w Indyjskim Stowarzyszeniu na rzecz Postępu Nauki (IACS). Uwagę przykuwały jego poboczne działania. W 1917 roku przeszedł na emeryturę z wydziału finansowego. Został profesorem w Rajabazar Science College na Uniwersytecie w Kalkucie.
W 1926 roku założył także Indian Journal of Physics. Stworzył infrastrukturę dla indyjskiej nauki.
Błękitne morze i niebo
Droga do Nagrody Nobla zaczęła się od wakacji.
W 1921 Raman udał się do Anglii. Podróżował przez Morze Śródziemne. Zauważył dziwny szczegół. Morze miało głęboki, bogaty błękitny kolor. Niebo miało jaśniejszy odcień.
Naukowcy tamtych czasów argumentowali, że kolor oceanu wynika z odbicia nieba. Raman w to nie wierzył.
Prowadził eksperymenty ze światłem spolaryzowanym. Udowodnił, że woda jest rozpraszana przez samo światło. To nie było lustrzane odbicie. Zrobiły to molekuły. Wyjaśnił szczegółowo, dlaczego morze wygląda na niebieskie. To zmieniło sposób, w jaki myślimy o optyce.
Ta podróż przygotowała grunt pod jego wielki przełom. Myślał już o tym, jak światło oddziałuje z materią. W 1922 roku opublikował pracę „Molekularna dyfrakcja światła”. Było to pierwsze z wielu badań światła rozproszonego.
Wyjaśnienie efektu Ramana
W 1928 roku Raman i jego uczeń K. S. Krishnan dokonali odkrycia.
Przepuścili światło monochromatyczne (jedna długość fali) przez przezroczysty materiał. Większość świata minęła bez zmian. Ale niewielka część uległa rozproszeniu.
Oto kluczowy punkt: rozproszone światło zmieniło swoją długość fali.
Ta zmiana nastąpiła, ponieważ fotony światła oddziaływały z cząsteczkami materiału. Pochłaniały lub przekazywały energię. Światło straciło lub zyskało trochę energii. Ta zmiana energii oznaczała zmianę koloru.
Raman nazwał to „nowym promieniowaniem”. Artykuł został opublikowany w Indian Journal of Physics.
Zjawisko to nazywa się obecnie rozpraszaniem Ramana. Jest to konsekwencja efektu Ramana.
Dlaczego to jest ważne? Ponieważ każda cząsteczka ma unikalny widmowy odcisk palca. Jeśli oświetlisz substancję i zmierzysz przemieszczenie, możesz określić, jakiego rodzaju jest to substancja. Metoda jest nieniszcząca. To dokładne. Stało się podstawowym narzędziem w spektroskopii.
Poza Nagrodą Nobla
Imię Ramana jest związane z fizyką. Ale jego praca obejmowała kilka obszarów.
Studiował akustykę. Poddał analizie klasyczne instrumenty indyjskie, takie jak tabla i veena. Wyjaśnił, w jaki sposób ich projekt tworzy harmoniczne podteksty. Dał naukę tradycji.
Zajmował się krystalografią. Badał dynamikę sieci krystalicznych. Opisuje to, jak atomy wibrują w ciałach stałych. Pogłębił wiedzę na temat fononów. Są to skwantowane jednostki wibracji. Było to kluczem do fizyki ciała stałego.
Wraz z fizykiem N. S. Nagendrą Nathem opracował także teorię Ramana-Natha. Opublikowana w latach 1935–1936 wyjaśniała, w jaki sposób światło ugina się podczas przechodzenia przez fale ultradźwiękowe. Zasada ta jest obecnie stosowana w urządzeniach akustooptycznych.
Dziedzictwo zbudowane na mentoringu
Raman jest kawalerem od 1929 roku. Otrzymał Medal Hughesa i Medal Franklina. W 1954 roku otrzymał Bharat Ratna. Najwyższa nagroda cywilna Indii.
Ale jego największym darem mogli być ludzie, których szkolił.
W 1933 przeniósł się do Bangalore. Kierował Wydziałem Fizyki Indyjskiego Instytutu Nauki (IISc). Rozszerzał programy badawcze. Był mentorem przyszłych gigantów nauki.
Homi J. Bhabha uczył się u niego. Studiował u niego Vikram Sarabhai.
Pod jego wpływem znajdował się także bratanek Ramana, Subrahmanyan Chandrasekhar. Chandrasekhar spędził czas w laboratorium Ramana. Omówiono teoretyczne aspekty efektu Ramana. Chandrasekhar następnie badał ewolucję gwiazd. Otrzymał Nagrodę Nobla w 1983 roku.
Raman założył Indyjską Akademię Nauk w 1934 r. Po przejściu na emeryturę w IISc założył w 1948 r. Instytut Badawczy Raman (RRI). Pełnił funkcję jego dyrektora aż do śmierci.
Zmarł 21 listopada 1970 w Bangalore.
Indie obchodzą obecnie Narodowy Dzień Nauki 28 lutego. Data ta poświęcona jest odkryciu efektu Ramana. Data nie jest przypadkowa. Upamiętnia dzień, w którym świat zdał sobie sprawę, że światło może zmienić jego „nastrój”.
Raman udowodnił, że nie potrzeba doskonałego laboratorium, aby zmienić naukę. Wszystko czego potrzebujesz to ciekawość. I chęć spojrzenia na morze i zakwestionowania tego, co widzisz.
