Absolutno črno telo - problem newtonske fizike

Absolutno črno telo je miselni fizični idealizirani objekt. Zanimivo je, da v resnici ni nujno, da je črna. To je drugače.

Albedo

Vsi se spomnimo (ali bi se vsaj morali spomniti) iz tečaja fizične šole, da izraz "albedo" pomeni sposobnost površine telesa, da odseva svetlobo. Tako so na primer snežne odeje ledenih pokrovov našega planeta zmožne odsevati do 90% sončne svetlobe, ki pada na njih. To pomeni, da je za njih značilen visok albedo. Ni presenetljivo, da so zaposleni v polarnih postajah pogosto prisiljeni delati v sončnih očalih. Navsezadnje je pogled na čisti sneg skoraj enak kot pogled na sonce s prostim očesom. V zvezi s tem je rekordna odbojnost v celotnem sončnem sistemu Saturnov satelit Enceladus, ki je skoraj v celoti sestavljen iz vodnega ledu, ima belo barvo in odraža skoraj celotno sevanje, ki pada na njegovo površino. Po drugi strani ima snov, kot so saj, manj kot 1% albeda. To pomeni, da absorbira okoli 99% elektromagnetnega sevanja.

Absolutno črno telo: opis

Tukaj smo prišli do najpomembnejše stvari. Zagotovo je bralec ugibal, da je absolutno črno telo predmet, katerega površina je sposobna absorbirati absolutno vse sevanje, ki pada na njega. Hkrati pa to sploh ne pomeni, da bo takšen predmet neviden in načeloma ne bo mogel oddajati svetlobe. Ne, ne zamenjujte ga s črno luknjo. Lahko ima barvo in je celo zelo vidna, vendar se bo sevanje absolutno črnega telesa vedno določalo z njegovo lastno temperaturo, ne pa z reflektirano svetlobo. Mimogrede, ne upošteva le spektra, ki je viden človeškemu očesu, ampak tudi ultravijolični, infrardeče sevanje radijskih valov X-žarki sevanje gama in tako naprej. Kot smo že omenili, v naravi ne obstaja popolnoma črno telo. Vendar pa njegove značilnosti v našem zvezdnem sistemu najbolj izpolnjuje Sonce, ki izžareva, vendar skoraj ne odseva svetlobe (ki izvirajo iz drugih zvezd).

Laboratorijska idealizacija

Poskusi, da bi prinesli predmete, ki absolutno ne odsevajo svetlobe, so bili narejeni od konca XIX. Stoletja. Pravzaprav je bila ta naloga eden od predpogojev za nastanek kvantne mehanike. Najprej je pomembno omeniti, da vsak foton (ali katerikoli drug del elektromagnetnega sevanja), ki ga absorbira atom, neposredno oddaja in absorbira sosednji atom in se spet izpušča. Ta postopek se bo nadaljeval, dokler ne bo doseženo stanje ravnovesja v telesu. Vendar, ko se popolnoma črno telo segreje v takšno stanje ravnovesja, se intenzivnost svetlobe, ki jo oddaja, izenači z intenzivnostjo absorbirane svetlobe. V znanstveni skupnosti fizikov se problem pojavlja, ko poskušamo izračunati, kaj bi moralo biti to energijo sevanje, ki je shranjeno v črnem telesu. In tukaj prihaja neverjeten trenutek. Porazdelitev energije v spektru popolnoma črnega telesa v stanju ravnovesja pomeni dobesedno neskončnost energije sevanja v njem. Ta problem se imenuje ultravijolična katastrofa.

Planckova odločitev

Prvi, ki je uspel najti sprejemljivo rešitev tega problema, je bil nemški fizik Max Planck. Predlagal je, da se vsa sevanja ne absorbirajo neprekinjeno, ampak diskretno. To je v delih. Kasneje so se ti deli imenovali fotoni. Poleg tega lahko radio-magnetni valovi absorbirajo atomi le pri določenih frekvencah. Neustrezne frekvence samo mimo, kar rešuje vprašanje neskončne energije potrebne enačbe.