Принцип детального равновесия устанавливает следующую связь между этими двумя вероятностями:
где
- волновые векторы обоих квантов. Подставив
, получим
В этом соотношении предполагается, что начальное и конечное состояния рассеивающей системы соответствуют дискретным уровням энергии и
связанным друг с другом равенством
Такая постановка вопроса не вполне соответствует реальному положению вещей, поскольку спектр уровней энергии макроскопического тела чрезвычайно густ и должен рассматриваться как квазинепрерывный.
Поэтому вместо вероятности
рассеяния со строго определенным изменением частоты надо ввести вероятность рассеяния в интервале частот т. е. с переходом тела в состояние с энергией в интервале
. Обозначив эту вероятность (снова на 1 см пути) как
имеем
где
- число квантовых состояний тела в интервале энергий
Вместо (118,1) пишем теперь
Но согласно известной связи между статистическим весом макроскопического состояния тела и его энтропией
производная
в основном совпадает с
так что отношение
Поскольку изменение энергии тела в результате рассеяния одного кванта ничтожно мало по сравнению с самой энергией, то относительно мало также и изменение энтропии, которое можно поэтому положить равным
Учитывая это обстоятельство, напишем окончательно выражение принципа детального равновесия для рассеяния в следующем виде:
(118,2)
Величину
(имеющую размерность
) называют дифференциальным коэффициентом экстинкции света при рассеянии. Его определение можно сформулировать также и следующим образом: это есть отношение числа квантов, рассеянных (в элемент телесных углов
в интервале частот
) в единицу времени в единице объема среды, к плотности потока фотонов в падающем свете. Проинтегрировав
по всем направлениям и всем частотам рассеянного света, мы получим полный коэффициент экстинкции, который представляет собой декремент затухания плотности потока фотонов при его распространении в рассеивающей среде.
Пусть
Соотношение (118,2) связывает между собой интенсивности (коэффициенты экстинкции) стоксова (1 —> 2) и обратного, антистоксова
рассеяний. Мы видим, что вторая, вообще говоря, меньше первой, в основном в отношении множителя
Это обстоятельство имеет довольно общий характер и соответствует тому, что передача энергии от тела к электромагнитному полю затрудняет процесс, ослабляя его в отношении
, где
— передаваемая энергия. В частности, по этой причине обычно весьма слабым является эффект вынужденного испускания, при котором тело отдает в единичном акте рассеяния энергию
. Вероятность такого процесса при
содержит малый множитель
Общее соотношение (118,2) сильно упрощается в важном случае рассеяния с относительно матым изменением частоты. Обозначим
просто как
, а малую разность
как
. Кроме того, введем обозначение
В неэкспоненциальных множителях
в (118,2) можно пренебречь разностью
, после чего они сокращаются в обеих сторонах равенства, так что остается
В первом из аргументов функции
указывающем начальную частоту света, можно пренебречь
, т. е. относить интенсивность рассеяния к несколько смещенному значению частоты падающего света.
Тогда
(118,4)
В этом приближении
в обеих сторонах равенства относится к одинаковой частоте падающего света. Другими словами, соотношение (118,4) устанавливает простую связь между стоксовым и антистоксовым рассеянием одного и того же света с одинаковыми абсолютными значениями сдвига частоты