Принцип инвариантности и теория рассеяния света (очерк)

Удивительное умение Амбарцумяна найти наиболее простые решения сложнейших физических проблем особенно ярко проявилось при создании им новой теории рассеяния света в мутной среде.

Проблема многократного рассеяния света имеет долгую историю. Этой проблемой занимались многие ученые, в том числе очень крупные. В их исследованиях задача рассеяния света обычно приводилась к интегральному уравнению очень сложной формы, решение которого получается лишь в приближенном, притом очень длинном виде. Для решения проблемы рассеяния света Амбарцумян сформулировал следующий новый и очень плодотворный принцип — принцип инвариантности: отражательная способность среды, состоящей из плоско-параллельных слоев и бесконечно большой оптической толщины (Оптическая толщина среды — мера ослабления (поглощения) в ней света), не должна измениться, если со стороны ее границы добавить к ней плоский слой конечной оптической толщины, обладающий теми же оптическими свойствами. Применением этого исключительно простого принципа Амбарцумян привел задачу рассеяния света в мутной среде к системе уравнений очень простого вида: так называемых функциональных уравнений. Таким образом, с помощью принципа инвариантности ему удалось получить точное решение задачи о многократном рассеянии света. Это стало возможным благодаря тому, что при применении принципа инвариантности для получения соотношения между падающим и отраженным пучками света на границе среды достаточно знать только свойства рассеивающей среды, в то время как при классической постановке задачи рассеяния света требуется знание всех изменений, происходящих с пучком света во всех точках среды.

Принцип инвариантности явился исключительно мощным средством при решении различных задач, связанных с изучением атмосфер планет, звезд и Солнца. Решение части из них было получено самим Амбарцумяном.

Принцип инвариантности стал исходным при решении вопросов, связанных с многократным рассеянием электромагнитного излучения вообще. Этот принцип нашел многочисленные применения не только в астрофизике, но и в самых различных областях теоретической и экспериментальной физики, геофизики, радиофизики и даже в диагностике болезней.

Позже, после многолетнего перерыва, Амбарцумян снова вернулся к проблеме рассеяния света и внес существенное дополнение к применениям принципа инвариантности. Он нашел путь, который дал возможность использовать этот принцип в нелинейной теории рассеяния света. Нелинейные задачи рассеяния возникают, когда не только рассеивающая среда влияет на свет, но и сам счет оказывает заметное влияние на среду в смысле изменений ее оптических свойств. Из полученных им новых результатов значительный интерес представляет теоретическое предсказание явления просветления среды под влиянием падающего на нее излучения.

В заключение отметим, что в работе, посвященной исследованию интегрального управления лучистого равновесия в звездных атмосферах, ученый раскрыл некоторые интересные особенности этого уравнения, которые не встречаются в математической физике и имеют не только научное, но и практическое значение для решения таких уравнений.

Из книги Л. В. Мирзояна «Виктор Амбарцумян», Ереван, 1985 г.

На сайте публикуются следующие статьи, отобранные самим В.А.Амбарцумяном для своей последней книги “A Life in Astrophysics” :
“The scattering of light by planetary atmosferes”
“The problem of diffuse reflection of light by a turbid medium”
“On the problem of the diffuse reflection of light”
Эти статьи впервые были опубликованы в следующих журналах:
“O рассеянии света атмосферами планет,” Астр. Журн. [Sov. Astr], vol. 19, pp. 30-41, 1942.
“К вопросу о диффузном отражении света мутной средой”, ДАН СССР [Dokl.Akad. Nauk SSSR], vol. 38, pp. 257-261, 1943.
“On the problem of the diffuse reflection of light”, Journal of divhysics, vol. 8, no. 2, 65-75, 1944.
Они же были перепечатаны в изданиях: «Научные труды» [в 3-х томах] Под ред. В.В.Соболева. Изд-во АН АрмССР, 1960-1988.
“A Life in Astrophysics. Selected Papers of Viktor A.Ambartsumian ” Edited by Rouben V. Ambartsumian, Allerton divress, 1988.