Абсолютно чорне тіло і його випромінювання

Відео: Теплове випромінювання (СРСР)

Називається абсолютно чорне тіло таким тому, що воно поглинає все що потрапляє на нього (а точніше, в нього) випромінювання як у видимому спектрі, так і за його межами. Але якщо тіло не нагрівається, енергія переизлучается назад. Це випромінювання, що випускається абсолютно чорним тілом, представляє особливий інтерес. Перші спроби по вивченню його властивостей були пророблені ще до виникнення самої моделі.

Відео: Випромінювання абсолютно чорного тіла. Сонце - абсолютно чорне тіло

На початку 19 століття Джон Леслі проводив експерименти з різними речовинами. Як виявилося, чорна сажа не тільки поглинає весь падаючий на неї видиме світло. Вона випромінювала в інфрачервоному діапазоні значно сильніше, ніж інші, більш світлі, речовини. Це було теплове випромінювання, яке відрізняється від усіх інших видів декількома властивостями. Випромінювання абсолютно чорного тіла рівноважний, однорідне, відбувається без переносу енергії і залежить тільки від температури тіла. При досить високій температурі об`єкта теплове випромінювання стає видимим, і тоді будь-яке тіло, в тому числі і абсолютно чорне, набуває кольору.

Такий унікальний об`єкт, який випромінює виключно певний вид енергії, не міг не привернути увагу. Оскільки мова йде про теплове випромінювання, перші формули і теорії щодо того, як повинен виглядати спектр, були запропоновані в рамках термодинаміки. Класична термодинаміка змогла визначити, на який довжині хвилі повинен перебувати максимум випромінювання при даній температурі, в який бік і наскільки він зміститься при нагріванні і охолодженні. Однак не вдалося передбачити, яке розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла на всіх довжинах хвиль і, зокрема, в ультрафіолетовому діапазоні.

Відео: Елементарні частинки | абсолютно чорне тіло

За уявленнями класичної термодинаміки, енергія може випромінюватися будь-якими порціями, в тому числі як завгодно малими. Але щоб абсолютно чорне тіло могло випромінювати на коротких довжинах хвиль, енергія деяких його частинок повинна бути дуже великою, а в області ультракоротких хвиль вона пішла б у нескінченність. У реальності це неможливо, нескінченність з`явилася в рівняннях і отримала назву ультрафіолетової катастрофи. Тільки теорія Планка про те, що енергія може випромінюватися дискретними порціями - квантами - допомогла вирішити складне становище. Сьогоднішні рівняння термодинаміки є окремими випадками рівнянь квантової фізики.

Спочатку абсолютно чорне тіло представляли як порожнину з вузьким отвором. Випромінювання ззовні потрапляє в таку порожнину і поглинається стінками. На спектр випромінювання, яким має володіти абсолютно чорне тіло, в такому випадку схожий спектр випромінювання з входу в печеру, отвори колодязя, вікна в темну кімнату сонячним днем і т.д. Але найбільше з ним збігаються спектри реліктового випромінювання Всесвіту і зірок, в тому числі Сонця.

Відео: Байки. Абсолютно чорне тіло

Можна з упевненістю стверджувати, що чим більше в той чи інший об`єкт частинок, що володіють різними енергіями, тим сильніше його випромінювання буде нагадувати чернотельное. Крива розподілу енергії в спектрі абсолютно чорного тіла відображає статистичні закономірності в системі цих частинок, з тією лише поправкою, що передається при взаємодіях енергія дискретна.