Поглинання світла, зменшення інтенсивності оптичного випромінювання (світла), що проходить через матеріальне середовище, за рахунок процесів його взаємодії з середовищем. Світлова енергія при П. с. переходить в різні форми внутрішньої енергії середовища; вона може бути повністю або частково перєїзлучена середовищем на частотах, відмінних від частоти поглиненого випромінювання.
Основний закон, що описує П. с., — закон Бугера, який зв'язує інтенсивності I світла, прошедшего шар середовища завтовшки l , і вихідного світлового потоку I 0 . Не залежний від I, I 0 і l коефіцієнт до l називається поглинання показником (ПП, в спектроскопії — поглинання коефіцієнтом); як правило, він різний для різних довжин світла l . Цей закон встановив на досвіді в 1729 П. Бугер . В 1760 І. Ламберт вивів його теоретично з дуже простих припущень, що зводяться до того, що при проходженні шаруючи речовини інтенсивність світлового потоку зменшується на долю, яка залежить лише від ПП і товщини шаруючи, тобто dl/l= —k l dl (диференціальна, рівносильна першою, запис закону Бугера). Фізичний сенс закону полягає в тому, що ПП не залежить від I і l (це було перевірено С. І. Вавіловим експериментально із зміною I ~ в 10 20 раз).
Залежність k l від l називається спектром поглинання речовини. Для ізольованих атомів (наприклад, в розріджених газах) він має вигляд набору вузьких ліній, тобто k l відмінний від 0 лише в певних вузьких діапазонах довжин хвиль (шириною в десяті — соті долі ). Ці діапазони відповідають частотам власних коливань електронів усередині атомів, «резонуючих» з проходящим випромінюванням і тому поглинаючих з нього енергію ( мал. 1 ). Спектри П. с. окремих молекул також відповідають власним частотам, але набагато повільніших коливань усередині молекул самих атомів, які значно важче за електрони. Молекулярні спектри П. с. займають істотно ширші області довжин хвиль, т.з. смуги поглинання, шириною від одиниць до тисяч . Нарешті, П. с. рідинами і твердими тілами зазвичай характеризується дуже широкими областями (тисячі і десятки тисяч ) з великими значеннями до l і плавного ходу його зміни ( мал. 2 ). Якісно це можна пояснити тим, що в середовищах, що конденсують, сильна взаємодія між частками приводить до швидкої передачі всьому колективу часток енергії, відданої світлом однієї з них. Іншими словами, зі світловою хвилею «резонують» не лише окремі частки, але і багаточисельні зв'язки між ними. Про це свідчить, наприклад, зміна П. с. молекулярними газами із зростанням тиску — чим вище тиск (чим сильніше взаємодія часток), тим «распливчатєє» смуги поглинання, які при високому тиску стають схожими із спектрами П. с. рідинами.
Еще Бугер висловив переконання, що для П. с. важливі «не товщина, а маси речовини, що містяться в цій товщині». Пізніше німецький учений А. Бер (1852) експериментально підтвердив це, показавши, що при П. с. молекулами газу або речовини, розчиненої в практично непоглинаючому розчиннику, ПП пропорційний числу поглинаючих молекул на одиницю об'єму (і, отже, на одиницю довжини дороги світлової хвилі), тобто концентрації з: k l = c l з (правило Бера). Так закон П. с. придбав вигляд Бугера — Ламберта — Бера закону ; ; де c l не залежить від концентрації і характеризує молекулу поглинаючої речовини. Фізичний сенс правила Бера полягає в затвердженні незалежності П. с. молекулами від їх взаємодії з оточенням, і в реальних газах (навіть при невисокому тиску) і розчинах спостерігаються багаточисельні відступи від нього.
Сказане вище відноситься до середовищ порівняно малою оптичної товщини, рівною (у зневазі розсіянням світла) k l l. При зростанні до l l П. с. середовищем посилюється на всіх частотах — лінії і смуги поглинання розширюються. (Пояснення цьому дає квантова теорія П. с., що враховує, зокрема, багатократне розсіяння фотонів в оптично «товстому» середовищі із зміною їх частоти і, кінець кінцем, поглинанням їх частками середовища.) При чималих до l l середовище поглинає все проникаюче в неї випромінювання як абсолютно чорне тіло .
В провідних середовищах (металах, плазмі і т.д.) світлова енергія передається не лише зв'язаним електронам, але і (часто переважно) вільним електронам, до l в таких середовищах сильно залежить від їх електропровідності а. Значне П. с. в провідних середовищах дуже сильно впливає на всі процеси поширення світла в них; це формально враховується тим, що член, , що містить, до l входить у вираження для комплексного заломлення показника середовища. У декілька випадку П., що ідеалізується, с. лише вільними електронами (електронами провідності) nk l = 4ps /c ( n — дійсна частина показника заломлення, з — швидкість світла ) . Виміри П. с. металами дозволяють визначити багато характерних їх властивостей; дослідні дані при цьому добре описуються сучасною квантовою теорією металооптики . В теоретичних розрахунках часто користуються величиною c, пов'язаною з k l співвідношенням, де l — довжина хвилі світла у вакуумі (а не в середовищі). Якщо ( n з) рівне 1, то в шарі середовища завтовшки l інтенсивність світла зменшується в е 4 p , тобто ~ у 100 000 разів. Т. до. дуже сильне П. с. характерний для металів (принаймні у видимій і інфрачервоній областях спектру), то, по пропозиції М. Планка, П. с. середовищами з ( n з) ³ 1 називається «металевим».
В термінах квантової теорії при П. с. електрони в поглинаючих атомах, іонах, молекулах або твердих тілах переходять з нижчих рівнів енергії на вищі (див. також Квантові переходи ). Зворотний перехід в основний стан або в «нижній» збуджений стан може здійснюватися з випромінюванням фотона або безвипромінювальний. У останньому випадку енергія збудженої частки може, наприклад, в зіткненні з ін. часткою перейти в кінетичну енергію часток (див. Зіткнення атомні ) , що стикаються . Тип «зворотного» переходу визначає, на яку форму енергії середовища перетворюється енергія поглиненого світла.
В світлових потоках надзвичайно великої інтенсивності П. с. багатьма середовищами перестає підкорятися закону Бугера — k l починає залежати від I. Зв'язок між I і I 0 стає нелінійною (нелінійне П. с.). Цей ефект, зокрема, може бути обумовлений тим, що дуже велика частка поглинаючих часток перейшовши в збуджений стан і залишаючись в нім порівняно довго, міняє (або зовсім втрачає) здатність поглинати світло, що, зрозуміло, помітно змінює характер П. с. середовищем. (Досліди Вавілова, що показали дотримання закону Бугера і при великих інтенсивностях, виконувалися з речовинами, молекули яких збуджуються дуже ненадовго — на якийсь час ~ 10 -8 сік — і в яких тому доля збуджених молекул завжди невелика.) Особливий інтерес представляє ситуація, коли в поглинаючому середовищі штучно створена інверсія населенностей енергетичних рівнів, при якій число збуджених перебувань на верхньому рівні більше, ніж на ніжнем. В цьому випадку кожен фотон з падаючого потоку викликає випускання ще одного такого самого фотона з більшою вірогідністю, чим поглинається сам (див. Випромінювання в розділі Квантова теорія випромінювання). В результаті інтенсивність потоку I , що виходить, перевершує інтенсивність падаючого I 0 , тобто має місце посилення світла. Формальне це явище відповідає отріцательності k l в законі Бугера і тому носить назву негативного П. с. На негативному П. с. заснована дія оптичних квантових підсилювачів і оптичних квантових генераторів (лазерів) .
П. с. щонайширшим чином використовується в різних галузях науки і техніки. Так, на нім засновано багато особливо високочутливих методів кількісного і якісного хімічного аналізу, зокрема абсорбція спектральний аналіз, спектрофотометрія, колориметрія і пр. Вигляд спектру П. с. удається пов'язати з хімічною структурою речовини, встановити в молекулах наявність певних зв'язків (наприклад, водневому зв'язку ) , досліджувати характер руху електронів в металах, з'ясувати зонну структуру напівпровідників і багатьох ін. ПП можна визначати і в проходящем, і у відбитому світлі, т.к. інтенсивность і поляризація світла при віддзеркаленні світла залежать від k l (див. Френеля формули ) . Див. також Металооптика, Спектроскопія .
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; Ельяшевіч М. А., Атомна і молекулярна спектроскопія, М., 1962; Гайтлер Ст, Квантова теорія випромінювання пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1956; Соколів А. Ст, Оптичні властивості металів, М., 1961; Мосс Т., Оптичні властивості напівпровідників, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1961.
