وقتی نور با ماده برخورد می‌کند، در اثر برهمکنش نور با مولکول‌‌های ماده حالت‌های مختلفی برای فوتون‌های تابشی پیش می‌آید. به دلیل برهمکنش ممکن است فوتون‌ها جذب یا پراکنده شوند و یا این که اصلا با ماده تداخل نداشته باشند و مستقیما از آن عبور کنند. اگر انرژی فوتون تابشی با فاصله انرژی بین حالت پایه یک مولکول و حالت برانگیخته آن مطابقت داشته باشد، احتمالا فوتون جذب شده و مولکول به حالت برانگیخته گذار می‌کند. این پدیده توسط طیف سنجی جذبی قابل مشاهده است. حالت دیگر زمانی است که فوتون با مولکول برخورد می‌کند و پراکنده می‌شود. در این صورت لزوما انرژی فوتون مطابق اختلاف ترازهای انرژی مولکول نیست. فوتون‌های پراکنده را می‌توان با جمع‌آوری نور در زاویه‌ای از پرتوی نور فرودی مشاهده کرد.

پراکندگی یک تکنیک متداول است. به عنوان مثال، از آن به طور گسترده‌ای برای اندازه‌گیری سایز ذره و توزیع آن‌ها استفاده می‌شود. با این حال، اصلی‌ترین روش پراکندگی مورد استفاده برای شناسایی مولکولی، پراکندگی رامان است.

رامان و تاریخچه پراکندگی رامان

سی وی رامان فیزیکدان معروف هندی است. او در سال ۱۹۳۰ به دلیل مطالعاتش بر روی پراکندگی نور و طیف رامان موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شد. رامان اولین فرد آسیایی است که توانست در یکی از شاخه‌های علوم موفق به کسب جایزه نوبل شود. به دلیل اهمیت پدیده رامان، این اثر به نام خودش ثبت شده است.

چاندراسخارا ونکاتا رامان (chandrasekhara Venkata Raman) در ۷ نوامبر ۱۸۸۸ در تیروچیراپالی (Tiruchirappalli) در جنوب هند متولد شد. پدرش مدرس ریاضی و فیزیک بود و به همین دلیل از ابتدای کودکی با فضای علمی آشنا شد. او در سال ۱۹۰۲ وارد کالج ریاست جمهوری مادرس (Madras) شد. در سال ۱۹۰۴ مدرک کارشناسی و در سال ۱۹۰۷ مدرک کارشناسی ارشد خود را با بالاترین افتخارات کسب کرد. اولین تحقیقات او در دوران دانشجویی در زمینه اپتیک (نور) و آکوستیک (صدا) انجام شد.

از آن جا که در زمان او به یک حرفه علمی توجه زیادی نمی شد، رامان در سال ۱۹۰۷ به بخش مالی هند پیوست. اگرچه وظایف دفتری بیشتر وقت او را می‌گرفت، اما رامان فرصت‌ انجام تحقیقات تجربی در آزمایشگاه انجمن هند برای پرورش علم در کلکته را پیدا کرد. او در سال ۱۹۱۹ مسئول افتخاری آن آزمایشگاه شد.

در سال ۱۹۱۷ تدریس فیزیک در دانشگاه کلکته به او پیشنهاد شد و آن را پذیرفت. او هم چنین مجله فیزیک هند را در سال ۱۹۲۶ تأسیس کرد و سردبیر آن مجله بود. پس از ۱۵ سال تدریس در دانشگاه کلکته، از سال ۱۹۳۳ مدیر موسسه علوم هند (Indian Institute of Science) در بنگلور (Bangalore) شد. او تا سال ۱۹۴۸ استاد فیزیک آن جا بود. رامان هم چنین در سال ۱۹۳۴، آکادمی علوم هند (Indian Academy of Sciences) IAS را در بنگلور تأسیس کرد. دانشمندان معتبری از مناطق مختلف هند برای تحقیق و مطالعه علمی در کشور در این موسسه دور هم جمع شده بودند. رامان از زمان تأسیس تا زمان مرگش در فعالیت‌های آکادمی به عنوان رئیس آن بسیار مشارکت داشت. بسیاری از آثار وی در مجموعه مقالات این آکادمی منتشر شده است. او هم چنین با استفاده از نقش خود در IAS ، توانست یک موسسه تحقیقاتی خصوصی به نام خودش تاسیس کند. رامان از سال ۱۹۴۸ مدیر موسسه تحقیقاتی خود در بنگلور نیز بود.

تحقیقات و مطالعات رامان

پیش‌بینی‌‌هایی از پراکندگی تا سال ۱۹۲۲ انجام شده بود. اما پراکندگی رامان برای اولین بار توسط CV Raman در سال ۱۹۲۸ مطرح شد. او در سال ۱۹۲۲ برای اولین بار مقاله‌ای با عنوان “پراش مولکولی نور” به کمک همکارانش منتشر کرد که در نهایت منجر به کشف پراکندگی به نام خودش یعنی پراکندگی رامان در ۲۸ فوریه ۱۹۲۸ شد. رامان در سال ۱۹۲۳ ابتدا نور خورشید را با استفاده از یک فیلتر، تک رنگ کرد. سپس دریافت که رنگ نور در اثر عبور از مایعات تغییر می‌کند. اما این تغییر بسیار ضعیف است. سپس در سال ۱۹۲۷ او توانست تغییر رنگ شدید را ثبت کند. در این آزمایش نور آبی با عبور از گلیسیرین به رنگ سبز تغییر می‌کرد. به این ترتیب پراکندگی رامان کشف شد. از زمان کشف این پراکندگی اهمیت این موضوع احساس شد. همین امر سبب شد تا روز‌ به روز فناوری در این زمینه پیشرفت کند و در نهایت دستگاه رامان به شکل امروزی ساخته شود.

همان طور که اشاره شد، شهرت این دانشمند هندی در معرفی پدیده‌ای به نام پراکندگی رامان و طیف رامان است. از دیگر تحقیقات وی می توان به مطالعات تجربی و نظری او در مورد پراش نور توسط امواج ماورا صوت (hypersonic) و فراصوت (ultrasonic) اشاره کرد (منتشر شده از سال ۱۹۳۴ تا ۱۹۴۲). رامان در سال ۱۹۴۸ اثرات ناشی از اشعه ایکس بر ارتعاشات مادون قرمز را بررسی کرد. این بررسی‌ها روی بلورهای در معرض نور قرار گرفت. رامان با مطالعه طیف بلورها به شیوه جدیدی در حل مشکل اساسی دینامیک بلورها دست پیدا کرد. از دیگر علایق او اپتیک کلوئیدها، ناهمسانگردی الکتریکی، مغناطیسی و هم چنین فیزیولوژی بینایی انسان بود.

پس از کشف اثر رامان، او علاقه‌ی زیادی به خواص نوری الماس پیدا کرد و پراکندگی نور را در انواع مختلف الماس مطالعه کرد. آزمایش‌های او عمدتا مرتبط با ساختار و خواص الماس و هم چنین ساختار و رفتار نوری مواد رنگین کمانی مانند لابرادوریت، فلسپار مروارید، عقیق و… بود. او معتقد بود که اگر الماس به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد، می‌توان درک کاملی از خواص ساختار کریستالی داشت. بیشتر تحقیقات او در مورد فلورسانس، لومینسانس، هدایت عکس، شفافیت ماورا بنفش، شکست دو طرفه، جذب، اشعه ایکس، گرمای ویژه، اثر فارادی، حساسیت مغناطیسی و… بود.

برخی جوایز و افتخارات رامان

• جایزه تحقیقاتی کورزن (Curzon) در سال ۱۹۱۲
• مدال تحقیقاتی وودبرن (Woodburn) در سال ۱۹۱۳
• مدال ماتوچی (Matteucci) را از آکادمی Nazionale delle Scienze در رم در سال ۱۹۲۸
• جایزه نوبل فیزیک به دلیل مطالعات بر روی پراکندگی نور و و کشف اثر رامان در سال ۱۹۳۰
• مدال هیوز (Hughes) از انجمن سلطنتی در سال ۱۹۳۰
• مدال فرانکلین (یکی از معتبر ترین جوایز علمی-مهندسی) در سال ۱۹۴۱
• جایزه صلح لنین در سال ۱۹۵۷

در اواخر اکتبر ۱۹۷۰، رامان دچار ایست قلبی شد و در آزمایشگاه خود بی‌هوش شد. او وصیت کرد که در باغ موسسه خود به خاک سپارده شود. رامان قبل از مرگ خود به یکی از شاگردانش توصیه کرد که ” اجازه ندهید مجلات علمی بمیرند، زیرا آن‌ها شاخص‌های کیفیت علم در کشور هستند”. رامان در ۲۱ نوامبر ۱۹۷۰ در ۸۲ سالگی درگذشت. هر سال به یاد این دانشمند بزرگ در تاریخ ۲۸ فوریه (تاریخ کشف پدیده رامان) در هند تحت عنوان روز ملی علم جشن گرفته می‌شود.