Absolutnie czarne ciało - problem fizyki newtonowskiej

25.05.2019

Ciało absolutnie czarne jest fizycznie wyidealizowanym obiektem mentalnym. Co ciekawe, to niekoniecznie musi być czarne w rzeczywistości. To jest inne.

absolutnie czarne ciało

Albedo

Wszyscy pamiętamy (a przynajmniej powinniśmy pamiętać) ze szkolnego kursu fizyki, że termin "albedo" oznacza zdolność powierzchni ciała do odbijania światła. Na przykład pokrywy śnieżne czap lodowych naszej planety mogą odbijać nawet 90% padającego na nie światła słonecznego. Oznacza to, że charakteryzują się wysokim albedo. Nic dziwnego, że pracownicy stacji polarnych są często zmuszani do pracy w okularach przeciwsłonecznych. W końcu patrzenie na czysty śnieg jest prawie takie samo, jak patrzenie na słońce gołym okiem. Pod tym względem rekordowy współczynnik odbicia w całym układzie słonecznym ma Satelita Saturna Enceladus, który jest prawie w całości złożony z lodu wodnego, ma biały kolor i odbija prawie całe promieniowanie padające na jego powierzchnię. Z drugiej strony substancja, taka jak sadza, ma albedo mniejsze niż 1%. Oznacza to, że pochłania około 99% promieniowania elektromagnetycznego.

rozkład energii w spektrum czarnego ciała

Absolutnie czarne ciało: opis

Tutaj dochodzimy do najważniejszej rzeczy. Z pewnością czytelnik domyślił się, że absolutnie czarne ciało jest przedmiotem, którego powierzchnia jest zdolna do pochłaniania absolutnie całego promieniowania padającego na niego. Nie oznacza to wcale, że taki obiekt będzie niewidoczny i zasadniczo nie może emitować światła. Nie, nie myl go z czarną dziurą. Może mieć kolor, a nawet być bardzo widoczny, ale promieniowanie absolutnie czarnego ciała będzie zawsze zależało od jego temperatury, ale nie od odbijanego światła. Przy okazji, bierze pod uwagę nie tylko widmo widoczne dla ludzkiego oka, ale także ultrafioletowe, promieniowanie podczerwone fale radiowe Zdjęcia rentgenowskie promieniowanie gamma i tak dalej. Jak już wspomniano, absolutnie czarne ciało nie istnieje w naturze. Jednak jego cechy w naszym systemie gwiezdnym są w pełni spełnione przez Słońce, które promieniuje, ale prawie nie odbija światła (emanujące z innych gwiazd).

Idealizacja laboratoryjna

Próby sprowadzania obiektów, które absolutnie nie odbijają światła, zostały wykonane od końca XIX wieku. W rzeczywistości zadanie to było jednym z warunków powstania mechaniki kwantowej. Przede wszystkim należy zauważyć, że każdy foton (lub jakakolwiek inna cząstka promieniowania elektromagnetycznego) pochłaniana przez atom jest natychmiast emitowana i absorbowana przez sąsiedni atom i ponownie emitowana. Proces ten będzie kontynuowany aż do osiągnięcia stanu nasycenia równowagowego w ciele. Jednakże, gdy ciało absolutnie czarne jest ogrzane do takiego stanu równowagi, natężenie emitowanego przez nie światła jest wyrównane intensywnością pochłoniętego światła. promieniowanie ciała czarnego W społeczności naukowej fizyków problem pojawia się, gdy próbuje się obliczyć, co powinno być ta energia promieniowanie, które jest przechowywane w ciele czerni w równowadze. I oto nadchodzi niesamowita chwila. Rozkład energii w widmie absolutnie czarnego ciała w stanie równowagi oznacza dosłowne nieskończoność energii promieniowania wewnątrz niego. Ten problem nazwano katastrofą ultrafioletową.

Decyzja Plancka

Pierwszym, któremu udało się znaleźć akceptowalne rozwiązanie tego problemu, był niemiecki fizyk Max Planck. Zasugerował, że jakiekolwiek promieniowanie jest absorbowane przez atomy nie w sposób ciągły, ale dyskretnie. To jest w porcjach. Później takie części nazywane były fotonami. Ponadto fale radiowe mogą być absorbowane przez atomy tylko w określonych częstotliwościach. Niedługo mijają nieodpowiednie częstotliwości, co rozwiązuje kwestię nieskończonej energii wymaganego równania.