Apsolutno crno tijelo i njezino zračenje

Apsolutno crno tijelo poziva se tako jer apsorbira sve zračenje na njemu (ili bolje, u njega), kako u vidljivom spektru tako i izvan njega. Ali ako se tijelo ne zagrije, energija se vraća natrag. Ovo je zračenje, koje emitira apsolutno crno tijelo, od posebnog interesa. Prvi pokušaji proučavanja njegovih svojstava obavljeni su prije pojave samog modela.

Početkom 19. stoljeća Ivan Leslie je proveo eksperimente s različitim tvarima. Kao što se ispostavilo, crni čađi ne upija samo sve vidljive svjetlosti koja pada na nju. Emitirano u infracrvenom području je mnogo jače od ostalih, lakših tvari. Radi se o toplinskom zračenju, koje se razlikuje od svih ostalih vrsta u nekoliko svojstava. Zračenje apsolutno crnog tijela je ravnoteža, homogena, događa se bez prijenosa energije i ovisi samo o tome tjelesnu temperaturu. Na dovoljno visokoj temperaturi objekta toplinsko zračenje postaje vidljivo, a zatim bilo koje tijelo, uključujući apsolutno crnu, dobiva boju.

Takav jedinstveni objekt koji emitira isključivo definiranu oblik energije, nije mogao privući pažnju. Budući da govorimo o toplinskom zračenju, predložene su prve formule i teorije o tome kako spektar treba izgledati u okviru termodinamike. Klasična termodinamika mogla je odrediti koja valna duljina mora biti maksimalno zračenje na određenoj temperaturi, u kojem smjeru i koliko će se pomaknuti s grijanjem i hlađenjem. Međutim, nije bilo moguće predvidjeti što je raspodjela energije u spektru apsolutno crnog tijela na svim valnim duljinama i, posebice, u ultraljubičastom rasponu.

Prema idejama klasične termodinamike, energija se može zračiti bilo kojim dijelovima, uključujući i proizvoljno male. No, za apsolutno crno tijelo koje emitira na kratkim valnim duljinama, energija nekih njezinih čestica mora biti vrlo velika, au području ultrashortovih valova ona će ići u beskonačnost. U stvarnosti, to je nemoguće, beskonačnost se pojavila u jednadžbama i dobila ime ultraljubičastog katastrofa. Samo Planckova teorija da se energija može zračiti diskretnim dijelovima - kvantima - pomogao u rješavanju poteškoća. Današnje jednadžbe termodinamike su posebni slučajevi jednadžbi kvantna fizika.

Izvorno potpuno crno tijelo bilo je predstavljeno kao šupljina s uskom rupom. Radijacija izvana ulazi u tu šupljinu i apsorbira zidovi. Na spektru zračenja, koji mora imati apsolutno crno tijelo, onda je spektar zračenja od ulaza u špilju, rupa bušotine, prozor u mračnu sobu na sunčanom danu, itd., Sličan. Ali najviše od svega, spektri se podudaraju s njom reliktno zračenje Svemir i zvijezde, uključujući Sunce.

Može se sa sigurnošću tvrditi da će više čestica u jednom ili drugom objektu s različitim energijama, to će snažnije zračenje nalikovati crnom tijelu. Krivulja raspodjele energije u spektru apsolutno crnog tijela odražava statističke regularnosti u sustavu tih čestica, s jedinom korekcijom da je energija prenesena tijekom interakcija je diskretna.