中学物理教材中的各种“散射”
中学物理教材中的各种“散射”
一、中学物理教材中的“散射”
以下均指老人教版(相对2019年新版)中正文中，有代表性、有具体指代含义的“散射”词语出现的地方。
3-2第59页：“许多会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器。有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的……”。 3-4第91页：“天空为什么是亮的？因为大气把阳光向四面八方散射……” 3-5第20、51页：“在粒子物理和核物理中，……微观粒子的碰撞又叫做散射（scattering）……”、“稍后一些的α粒子散射实验……” 3-5第35页：“光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射（scattering of light）……”
这些散射现象（及原理解释），可以分为三类：
1.、2.应为弹性散射中的瑞利散射，只改变了波的方向；4.改变了波的方向，同时有新的波长和频率的波产生；3.只是普遍的粒子碰撞问题。
二、一些材料对“散射”的解释
百度汉语里对“散射”的解释，直接给出了“散射”的物理背景，且物理原理不是唯一的。含义有3种：
第一种，电磁波在空气、溶液等胶质媒介中的吸收和方向的改变。这应在关注电磁波的性质和电磁波与原子的相互作用规律，这一部分，普物中介绍的有瑞利散射和拉曼散射，瑞利散射不会引起光子频率移动，但拉曼散射有光子频率的变化。 第二种，粒子之间的相互作用，例如卢瑟福的α粒子散射实验。这应在关注粒子入射与出射速度方向的变化。 第三种，声波的漫反射。例如有较好的方向性的声波在不平整表面的反射，使声波失去方向性。
这三种情况互相交织：一和三研究对象相同，都是波动，但关注点不同；二和一、三研究对象不同，但二和三的“散”与生活中常说的队形“散sàn开”、一捆稻谷“散sǎn了”很是近似。
中文维基对“散射”的表述，页面地址 https://wiki.hk.xileso.top/wiki/%E6%95%A3%E5%B0%84
“当传播中的辐射，像光波、音波、电磁波、或粒子，在通过局部性的位势时，由于受到位势的作用，必须改变其直线轨迹，这物理过程，称为散射。这局部性位势称为散射体，或散射中心。局部性位势各式各样的种类，无法尽列；例如，粒子、气泡、液珠、液体密度涨落、晶体缺陷、粗糙表面等等。在传播的波动或移动的粒子的路径中，这些特别的局部性位势所造成的效应，都可以放在散射理论的框架里来描述。”
简单概括，即波或粒子因介质或物体的作用而改变运动方向。这个解释显然只关注方向的问题，是否有能量、频率甚至新生波、新生粒子，并未在定义中体现，而是在各种下一级概念如从散射对象分的辐射的散射、粒子的散射，从频率特征分的“弹性散射”、“非弹性散射”，以及从散射体体积大小分的米氏散射、瑞利散射，几何光学规律也是散射，只是不称其为散射。
英文wiki对散射的解释。中文“散射”对应英文有两个词条，一个是“scatter”，另一个是“dispersion”。
“scatter”词条的解释：In physics, scattering is the study of collisions, especially of waves and particles (synonymous in quantum mechanics). In elastic scattering the objects are changed only in their motion, while in inelastic scattering the collision causes some change or produces a new object. 这个解释明确散射就是波和粒子的碰撞表现行为。在弹性散射中，散射对象只是运动发生了变化，而在非弹性散射中，散射对象变化的同时，产生了新的对象。（这里与中文普物教材的定义不太相同）
“dispersion”词条的解释：
The dependence of wave velocity on frequency or wavelength：Dispersion (optics), for light waves、Dispersion (water waves)、Acoustic dispersion, for sound waves、Dispersion relation, the mathematical description of dispersion in a system、Modal dispersion, spreading of signals in multimode fibers and waveguides by a distortion mechanism（Polarization mode dispersion, a form of modal dispersion）、Dielectric dispersion, the dependence of the permittivity of a dielectric material on the frequency of an applied electric field； Dispersive mass transfer, in fluid dynamics, the spreading of mass from areas of high to low concentration、Atmospheric dispersion modeling, mathematical simulation of how air pollutants disperse in the ambient atmosphere； London dispersion force, an instantaneous induced dipole-induced dipole。这段叙述说明与dipersion对应的“散射”，更多的含义是色散、使…分散或分解的力。我们知道，色散的本质是电磁波与原子核外电子的相互作用，色散力（如解释中提到的伦敦力）等本质是物质电磁相互作用的电偶极子模型表述。
上述两个词条，叙述的物理内涵是相关的，“散射”是多种现象、是多种现象背后的本质、是多种物理过程。
三、散射是不是折射？
如果从名词术语的“用字”看，以及通俗而普遍的认识，散射不是折射。散射的含义更丰富，折射只是散射体相对于电磁波波长足够大时，不再称其为散射、而作为几何光学分支独立出去后的定义用语。(折射很象散射的不确切的子集)。
折射的本质，是散射。当散射有具体而实在的情境时，例如散射式红外光电感应烟雾报警器中的光的散射，应该是仅仅只有光的传播方向发生改变的折射。换句话说，企图把“散射”这一词语具体化到单纯的唯一含义，基本上是做不到的，但当有了具体的情境，“散射”能够指代清楚它着重要说明的要素，比如“光线在报警器中的散射”，就是说明光线“散”到了离开原来的方向、现在能照射到原来不散射时照射不到的地方(传感器所在处)。