Оптична активність , здатність середовища викликати обертання плоскості поляризації що проходить через неї оптичного випромінювання (світла). Вперше виявлена в 1811 Д. Ф. Араго в кварці. У 1815 Же. Б. Біо відкрив О. а. чистих рідин (скипидару), а потім розчинів і пари багато, головним чином органічних, речовин. Він же встановив (див. Біо закон ), що: 1) кут j повороту плоскості поляризації лінійно залежить від товщини l шару активної речовини (або його розчину) і концентрації з цієї речовини — j = [a] lc (коефіцієнт [a] називається питомою О. а.); 2) поворот в даному середовищі відбувається або за годинниковою стрілкою (j > 0), або проти неї (j < 0), якщо дивитися назустріч ходу променів світла. Відповідно оптично-активні речовини, що проявляють природну О. а. (О. а., що не викликається наявністю зовнішніх полів), розділяють на правообертальних [що позитивно обертають, (d), j > 0] і лівообертальних [що негативно обертають ( l ), j < 0]. Це умовне ділення застосовне в широких інтервалах довжин хвиль випромінювання. Воно втрачає сенс лише поблизу смуг власного (резонансного) поглинання середовища; у 1896 французький учений Е. Коттон виявив, що в одній і тій же речовині j має різні знаки по різні сторони від смуг резонансного поглинання (див. Поглинання світла ).
Деякі речовини оптично активні лише в кристалічному стані (кварц, кіновар і пр.), так що їх О. а. є властивість кристала в цілому; для них питома О. а. позначається просто а і формула Біо записується у вигляді j = a l . Інші речовини активні в будь-якому агрегатному стані; це означає, що їх О. а. визначається властивостями окремих молекул. Питома О. а. залежить не лише від роду речовини, але і від агрегатного стану, температури, тиску, типа розчинника і т.д. Типові значення [a] в град / дм·г / см 3 : 66,473+0,0127 з (розчин сахарози у воді); 14,83—0,146 з (віннокаменная кислота у воді); –3,068+0,08959 з і –5,7 (яблучна кислота у воді і ацетоні відповідно); –37 (скипидар у воді); 40,9+0,135 з (камфора в етиловому спирті). Тут з — концентрація розчиненої речовини в г на 100 см 3 розчину. Перші дві величини вірні в інтервалах концентрацій 0—50, [a] для камфари — в інтервалі 10—50, останні — при будь-якій концентрації (якщо взагалі залежать від неї). Ці значення приведені для стандартних умов: довжини хвилі світла 589,3 нм ( D -лінія натрію) і температури 20 °С.
Від природної О. а. відрізняють штучну, або наведену, О. а., що виявляється лише при приміщенні оптично неактивної речовини в магнітне поле (Фарадея ефект ; див.(дивися) також Верде постійна ). Знак обертання в ефекті Фарадея залежить як від магнітних властивостей середовища (парамагнітна вона, діамагнітна або ферромагнітна), так і від того, уздовж поля або проти нього поширюється випромінювання. Це пов'язано з особливим характером магнітного поля (визначальні його величини є псевдовекторами, або осьовими векторами ). Якщо лінійно-поляризоване світло, що пройшло через шар речовини з природною О. а., відбивається і проходить через той же шар у зворотному напрямі, відновлюється вихідна поляризація, тоді як в середовищі з наведеною О. а. у аналогічному досвіді кут повороту подвоїться.
Феноменологічну (макроскопічну) теорію О. а. запропонував в 1823 О. Ж. Френель, що пояснив О. а. відмінністю заломлення показників середовища n + і n – для право- і льовополярізованних по кругу світлових хвиль. (Хвилю лінійно-поляризованого світла завжди можна представити як сукупність двох право- і льовополярізованних по кругу хвиль рівної інтенсивності; див.(дивися) Поляризація світла .) Отримане Френелем вираження має вигляд j = p· l /l( n + – n – ), де l — довжина хвилі випромінювання у вакуумі; т. о., j може бути значним навіть при дуже малій відмінності n + і n – , якщо l , як це звичайно, буває багато більше l. Цим пояснюється надзвичайно висока чутливість методів, заснованих на вимірі О. а. (наприклад, при визначенні відмінностей в показнику заломлення в 10 000 разів точніше за найточніші виміри за допомогою інтерферометрів ).
Розвиток теорії О. а. тісно пов'язано з вивченням її дисперсії — залежності а (або [a]) від l. Ще Біо встановив, що в досліджених їм випадках а тим менше, чим більше l (j ~ l –2 ). Така дисперсія характерна для т.з. нормальною О. а. — далеко від довжин хвиль l 0 , на яких в оптично-активній речовині відбувається резонансне поглинання. Еме Коттон, що вивчав О. а. для випромінювань з l, близькими до l 0 , виявив аномальну О. а. — збільшення а із зростанням l, а також відмінність поглинання показників при цих довжинах хвиль для право- і льовополярізованних по кругу променів — т.з. круговий діхроїзм, або ефект Коттона. Унаслідок кругового діхроїзма поблизу смуг власного поглинання не лише повертається плоскість поляризації світла, початково поляризованого лінійно, але і одночасно це світло перетворюється на еліптично-поляризоване.
Дослідження О. а. показали, що для пояснення О. а. существен облік зміни поля світлової хвилі на відстанях порядку розмірів а молекули (іона) речовини. (При описі багатьох ін. оптичних явищ такою зміною можна нехтувати, т.к. а /l ~ 10 –3 , але якраз цей параметр визначає відмінність між n + і n – .) Одним з вирішальних етапів з'ясування природи О. а. з'явилося відкриття Л. Пастером в 1848 оптичних антиподи-речовин, невиразних по всіх фізичним (і багатьом хімічним) властивостям, окрім напряму обертання плоскості поляризації (відрізняючись знаками, питомі О. а. двох антиподів рівні по абсолютній величині). Виявилось, що оптичні антиподи (кристалічні решітки в кристалах, окремі молекули в аморфних, рідких і газоподібних оптічеськиактівних речовинах — такі молекули називаються оптичними ізомерами) є дзеркальними віддзеркаленнями один одного, так що жодними переміщеннями і поворотами в просторі не можуть бути поєднані один з іншим при повній тотожності створюючих їх елементів. Для молекул кожного з оптичних ізомерів характерна просторова асиметрія — вони не мають плоскості дзеркальної симетрії і центру інверсії (див. Ізомерія, Стереохімія, Енантіоморфізм ).
Теорія О. а. молекулярної пари в рамках класичної електронної теорії (див. Лоренца — Максвелла рівняння ) була розроблена в 1915 М. Борном і незалежно шведським фізиком До. Ст Озєєном, які показали, що поряд з асиметрією молекул слід враховувати несинфазность мікрострумів, наведених полем світлової хвилі в різних частинах молекул (при всій крихті a/l). Квантову теорію О. а. пари побудував в 1928 бельгійський вчений Л. Розенфельд. І в цій, строгішої з позицій сучасної науки теорії розглядаються процеси, пов'язані з кінцевим розміром молекул (що відбуваються на відстанях ~ а ). Для пояснення О. а. виявилося необхідним враховувати як електричний, так і магнітний дипольні моменти, що наводяться в молекулі полем проходящей хвилі. Теорія О. а. молекулярних середовищ, активних лише в кристалічній фазі, тісно пов'язана з теорією екситонів, т.к. О. а. цих кристалів визначається характером хвиль поляризації в них. Про теорію наведеною О. а. див.(дивися) Магнітооптика,Фарадея ефект . Сучасні теорії О. а. якісно правильно описують це явище, проте кількісна теорія дисперсії О. а. стикається із значними труднощами у зв'язку із складністю об'єктів, що вивчаються.
О. а. виявляють широкі класи речовин, особливо органічних. Характер дисперсії О. а. вельми чутливий до різних чинників, що визначають внутрі- і міжмолекулярні взаємодії. Тому методи, засновані на вимірі О. а., широко використовуються у фізичних, хімічних, біологічних і ін. наукових дослідженнях і в промисловості (див. Поляриметрія,Цукрометрія ).
Літ.: Ландсберг Р. С., Оптика, 4 видавництва, М., 1957 (Загальний курс фізики, т. 3); Борн М., Вольф Е., Основи оптики, пер.(переведення) з англ.(англійський), 2 видавництва М., 1973; Волькенштейн М. Ст, Молекулярна оптика, М. — Л., 1951; Mathieu J. P. Activit_e optique naturelle, в кн.: Encyclopedia of Physics (Handbuch des Physik), v. 28, Ст — [а. о.], 1957.
