好德如好色者

    ming的这个长篇回复内容好多，并且你总是喜欢把问题引的太高深，太高深就容易自觉不自觉地带有忽悠的成分。可是，就算我们是在忽悠，你有一唱，我亦会一和，如此方有琴瑟和鸣之妙。咳咳
    你讲的内容太多，我就略捡一二说说我心里是怎么想的。
    质量是个大家都习以为常，但细思却让人很忐忑不安的东西，因为它实际上非常深刻，非常复杂。我们人类之所以有质量这个概念，更多的是一种意识习惯或者文化观念，君不见连老太太菜市场买菜都要关心几斤几两，可见质量概念的深入人心。在牛顿的经典力学中，质量是被毫不犹豫毫无置疑地引入，彷佛那是理所当然的事情，所以他在总结牛顿三定律的时候，连牛顿三定律成立的前提——质量是需要守恒的都没有提。随着人们认识的不断深入，运用量子力学的知识进入粒子世界，我们认识到，质量并不是物质（或者粒子）的内禀（intrinsic）属性，它是飘忽的，不稳定的一个东东。比如我们一斤买了五个石榴，平均每个二两，这很好，没有什么问题。可是当你把石榴剥开，发现组成石榴的石榴籽和石榴皮都是没有质量的时候，你说你抓不抓狂？质量呢，质量哪里去了？
    也许你会说不是质量和能量可以相互转化吗，我们还有能量守恒这根救命稻草啊。可是能量为什么要守恒，为什么是守恒的呢？我们现在知道那是因为时间的平移对称性，可是时间为什么是平移对称的呢，谁规定的？为什么要这样？就像为什么要安排我们现在这样相对遥望，只能默默吟诵泰戈尔的诗：“世界上最遥远的距离。。。”
    质量到底是什么，现在还不好理解，因为对这个问题的彻底回答将会涉及到人类的宇宙观的革新，也许，将来的物理学中不会存在质量这一带有浓厚生活经验色彩的观念。
    既然质量这个概念是可疑的，飘忽的，那么我们讨论光子的静止质量就显得没多大意思，讨论这个还不如讨论你有没有想我，我有没有想你来的真切。咳咳。。并且，那个众所周知的质能方程，是从狭义相对论推出的，当年我毕设的题目就是关于狭义相对论，这个我还是记得的。至于光子静止质量在狭义还是广义相对论中的不同讨论，那个大可不必去关心，因为那都是建立在一些假设基础上的，如果给出适当假设，我们还可以跟方丈一起搞三角恋呢。咳咳。。
    至于光的波粒二象性，这个太深奥了，深奥到我们人类目前还不能去理解它，所以我们没有办法就说它是波粒二象性。不过你的比喻不是那么直观，会让别人更迷糊。我心里觉得波粒二象性更像是一个幽明变幻的精灵，或者是一个练就移形换影大法的武林高手，当你抓住他的时候，他就是一个实实在在的人，也就是一个光子，可是当他移动变幻的时候，他就不是实实在在的人，而是一片弥散的波（注：此波非彼波）。也就是说，当光在传播的时候，它表现的像波，当跟物质相互作用的时候，表现的像个粒子。多么奇妙啊。
    还有，物质波一般是指有明确质量的粒子（或物体）所具有的波动性。这个观念是德布罗意同学提出的，他这个诺贝尔奖也挺狗屎的，说不好有没有技术含量，但是他能最前提出这个观点，因为他并不是一个专业的物理学家，他是一个在历史系物理最好，在物理系历史最好的学生。
    物质波的观念就是讲所有实实在在的物体也具有波动性，比如我们人也具有波动性，也就是说假如我在你紧闭的房门外等待得足够久，那么我一定可以通过那扇紧闭的房门隧穿进你的房间。可是要等很久很久，久到经过千万亿年，星系在空中绽放了，又湮灭，湮灭了，又绽放，我就像是在看着空中燃放的烟花一样等待，等待到好像时间都已不存在。别人在地面上用几个月的热度，就可以说爱你一万年，而我却用无数个星系季的跨度，等待着把你的房门隧穿。
    可是，说不定，等我终于隧穿过你的房门，发现：
    scene 1：你经过千万亿年的修炼，已经变成一只黑山老妖，正在抓着小动物们大吃大嚼。于是我当场昏倒。。。
    scene 2：我进门一看，看见你正和方丈在床上，我受不了对感情和佛法的双重失望，于是当场昏倒。。
    scene 3：。。。就由其他猥琐男yy补充吧。
    你看，这篇又是专门送给你的。你总是挖坑给我跳，并且还都是深坑，跳进去半天都爬不出来。尽管这样，看到你的留言我都会情不自禁地想回复，因为你的话也总能让我有话可讲。我看以后再这么下去，就算我再怎么辩白没有在向你表白，恐怕别人也不会相信了。

    哥今后几天要帮同学干点活，没有时间，这次就结束这个话题。
    从前面的描述我们知道，拉曼散射和红外吸收都是用来探测分析材料中的原子组合单元。它们都是利用了这个单元集团内原子之间的相互振动而产生的能级。紫外吸收也能探测分析材料中的原子单元集团，但那是利用了原子单元内的电子跃迁，因为不同的原子单元内的电子结构或者电子能级是特定的，这跟红外吸收利用原子之间的相互振动能级是不同的。如果知道溶液内（或气体）有哪些集团，也可以用紫外吸收量的多少去分析其浓度（单个紫外光子要么被一次吸收，要么不被吸收，不是逐次被吸收掉），这种方法适合于探测含量极低的情况，所以纯度很高的化学试剂叫做光谱纯。之所以有红外吸收和紫外吸收，是因为原子振动能量，和原子集团内的电子能级分别在红外波段和紫外波段，所以我们必须要选用相应波段探测光。

    拉曼散射与红外吸收的不同是，红外需要用连续的红外光源，而拉曼需要用单色光源（通常是激光）去探测，因为拉曼散射的结果是做减法出来的，所以我们使用不同的激光波长都会得到同样结果。但是我们要清楚，不同波长的激光对不同材料结构的拉曼散射效率会有所不同，但一般我们不考虑这点。介于波长可以任意选择，所以我们可以根据具体情况或者具体要求去选择所使用的激光波长。
    这个时候可以引入ming的另一个问题，那就是当材料有荧光特性的情况。材料具有荧光是做拉曼的一大障碍，因为拉曼散射发生的效率极低（拉曼信号都很弱，你看拉曼谱时候觉得强那是因为被过滤放大过了），通常在千万分之一（所以拉曼散射的发生一点都不普遍，很稀少，跟中彩票差不多），而荧光发生的效率基本会在千分之一（甚至会是几分之一）以上，两者相差数十万倍，微弱的拉曼信号混在荧光信号里面，基本很难被分辨出来。这个时候我们就可以通过选择合适的激光波长，去除激发荧光（荧光对激发波长是敏感的）的干扰。
    拉曼对固体材料同样可以进行分析探测，光打在固体材料上一般可以渗透探测几十纳米的深度，也就是一百多个原子层的厚度，足够分析的了。光透入固体材料的深度跟其波长有关，波长越长渗透的越深，比如红外吸收，都是做透过吸收采集，而固体材料的紫外吸收，基本都是采集反射（或散射）出来的，因为紫外波长很短，很难透过甚至很薄的薄膜。至于那些进去出不来的光子，它们进入了另外一片广阔的物理领域，对于做拉曼散射，不需要考虑。
    不是所有的原子集团都能被红外或者拉曼散射给探测到，能被拉曼散射探测到的叫具有拉曼活性，能吸收红外的叫红外活性。有的原子集团只具有拉曼活性，有的只具有红外活性，有的两个活性都有，还有个别的两个活性都不具备。判断拉曼还是红外活性的原则是，当原子的振动模式改变原子集团的电子云分布时（也就是改变了极化率），那么具有拉曼活性；如果振动模式改变了原子集团的电偶极矩，那么具有红外活性。从这个原则可以看出，极性分子基本都具有红外活性（也就是可以通过红外吸收探测），非极性的集团（如C=C, C=N）具有拉曼活性而不具有红外活性。所以拉曼可以很方便地去探测一些生物材料，因为生物材料是有机分子，并且通常含有水分，而水是非常典型的极性分子，对红外吸收的干扰很大，而对拉曼几乎没有影响。
    最后再说明一下，通常人们说拉曼一般是对做拉曼散射或者用拉曼散射手段分析样品的一个简称，拉曼谱是做拉曼散射后得到的谱线结果，拉曼效应是指发生拉曼散射的这个过程或者这个能力。
    草草收场，Ming的问题回答完毕。之前已经说过了，我也才刚刚开始实际接触这个领域，唠叨这么多，纯属忽悠，如有不当，请自行更正。

哥今天用Google map研究世界地理的时候，不小心看到了北方以北的贝加尔湖（红色箭头所指）；

 于是哥就放大，想仔细看一下湖周围的地理地貌。。。

 

 咦，湖腰中央的白色东东是什么？莫非是哥眼花了？

 

再放大一看，不是眼花，是真的有一根东西在那。继续放大。。

 

 还是看不明白是什么。。

 

 放大其中一段看，这是跨湖大桥吗？？？

 

放大到最大，像是一条带子。。

 

带子的一端。。

 

 另一端。。

 

这是哥搞研究以来最激动的一次发现。不知道这是啥，另一个时空隧穿过来的建筑物，还是贝加尔湖版的鹊桥？可是上面没看见有牛郎织女啊。

好奇怪的发现。

 

    扯到这里，如果只是单纯了解拉曼散射是怎么一回事，差不多就够了。可是如果想用拉曼来实际测量分析样品，那么还不太够，因为情况远没那么简单。
    让我们暂时先忘记那些小姐，不要老念念不忘，我们已经够猥琐了，不能让人家知道我们还这么下流。
    我们现在研究的是物质世界，如果仔细推究为什么会产生物质，物质到底是什么，这就需要上升到哲学层面，且需时日去作答。如果我们不那么慎终追远，就追究到组成物质的原子，那么也可进行一番说明。
    再次强调一遍，拉曼是用来研究材料中什么原子进行了什么样的组合，或者说是原子集团。而原子之间的结合或者组合排列是很复杂的。就好比人一样，不同人之间组成的关系，或者这种关系的特性，外在表现，牢固与否是很不一样。甚至同样的两个人，当他们之间是友情，爱情，抑或是奸情的时候，他们之间的关系也会表现的很不一样。如果再加上一个第三者，来个三角恋或者四角恋等等，情况就更复杂了，所以材料内部的原子组合情况是很复杂的。
    我们回到真实的物质世界，举一个碳的例子。同样的碳原子，可以组合形成无定形碳，可以组合形成石墨，还能组合形成每个女人都喜欢的钻石。
    说到这里就多插两句。钻石是自然界最坚硬，最冰凉的材料。检验标定金刚石真假以及品级的最常用方法就是做拉曼散射，以后再讲为什么。之所以说它最冰凉，因为它的热传导率非常高（我不确定是不是最高的，但肯定是最高之列），所以徒手检验金刚石真假的一个方法就是用手去摸——猥琐一点，不要害羞，屏住呼吸，伸出你的咸猪手，大胆去触摸，真的金刚石一摸会感觉冰凉，紧接着变得跟体温相同，因为它的比热比较低。
    言归正传，尽管组成那些材料的原子是一模一样的，但是那些材料看上去是如此的不同。由此可见，不同原子的不同排列组合会产生多么大的差异。所以，如果从原子层面来说，我们不能青睐鲜花而鄙视牛粪，那样牛粪太委屈了。我们要明白，鲜花和牛粪是平等的，尽管鲜花对牛粪很不屑，但每一坨牛粪都是渴望并且喜欢着鲜花的。
    我们现在重新回到组成材料的原子单元，那些原子单元就好比是女人，有的女人会收猥琐男们的钱，但是有的女人却会想抓住一个猥琐男，跟他长相厮守。下面我们改用身高去征服女人——那些想抓住一个猥琐男与之长相厮守的女人也非常有原则，那就是只喜欢特定身高的猥琐男，比如D女士喜欢165的，E女士喜欢173的，F女士喜欢225的，为了检测她们的存在，我们需要把身高从150到250cm连续分布的猥琐男排好队放进去，出来后再一排队，发现173和225的不见了，我们就知道他们被E女士和F女士给留下了。这就是所谓的红外吸收（注：紫外吸收跟红外吸收虽然研究的内容差不多，但是机理完全不同，这里只对应拉曼散射讲。）。
    红外吸收跟拉曼散射是两种相辅相成的研究手段，这两者之间的关系非常密切，又有所不同，具体下回再讲。

    最近事比较多，今天忙了一天，吃完饭连新闻都懒得看了。之所以忙，是因为跟我一起做实验的那个哥伦比亚学生刚得到点新结果，大老板很兴奋，于是我们就得紧锣密鼓地重复验证。我觉得他们并不理解那个结果，当然，哥哥我也没想明白，反正做得有点迷糊。
    今晚盯着博客发了半天呆，不知道怎么往下进行。要理解认识拉曼散射，就不得不提红外吸收（IR），是先讲红外，还是等等再讲，我也没想清楚，所以不知道怎么往下写。
    还有ming提的问题，就一个光入射到材料上会发生什么，就涵盖了多少物理学领域，涉及到多少物理学认识，这是一个扔多少个物理学博士进去都填不满的坑。
    还要用稍微通俗活泼点的话去讲，想一想就没信心。我觉得从任何一点出发，都能涉及铺满整个物理学，可惜水平很有限，心有余而力不足。所以，后面能写到哪就算哪吧，不能在这坑里爬不出来。
    要回去睡觉了，安。