Absolutně černé tělo - problém newtonské fyziky

25. 5. 2019

Absolutně černé tělo je duševně fyzický idealizovaný objekt. Je zajímavé, že nemusí být v realitě černé. To je jiné.

naprosto černé tělo

Albedo

Všichni si pamatujeme (nebo alespoň měli mít na paměti) z kurzu fyziky školy, že pojem "albedo" znamená schopnost povrchu těla odrážet světlo. Takže například sněhové pokrývky ledových uzávěrů naší planety dokážou odrážet až 90% slunečního světla, které na ně dopadne. To znamená, že jsou charakterizovány vysokým albedem. Není divu, že zaměstnanci polárních stanic jsou často nuceni pracovat ve slunečních brýlích. Koneckonců, při pohledu na čistý sníh je skoro stejné jako při pohledu na slunce pouhým okem. V tomto ohledu má rekordní záznam v celé sluneční soustavě Satelitní Saturn Enceladus, který je téměř zcela složen z vodního ledu, má bílou barvu a odráží téměř veškeré záření, které klesá na jeho povrchu. Na druhou stranu látka, jako jsou saze, má albedo menší než 1%. To znamená, že absorbuje asi 99% elektromagnetického záření.

distribuce energie v spektru černého těla

Absolutně černé tělo: popis

Zde se dostáváme k nejdůležitější věci. Čtenář určitě uhodl, že naprosto černé tělo je předmět, jehož povrch je schopen absorbovat naprosto veškeré záření, které na něj dopadá. Zároveň to vůbec neznamená, že takový objekt bude neviditelný a nemůže v zásadě vyzařovat světlo. Ne, nezaměňujte ho s černou dírou. Může mít barvu a dokonce být velmi viditelná, ale záření absolutně černého těla bude vždy určováno svou vlastní teplotou, ale ne odrazem světla. Mimochodem, bere v úvahu nejen spektrum viditelné pro lidské oko, ale také ultrafialové, infračervené záření rádiové vlny Rentgenové záření gama záření a tak dále. Jak již bylo řečeno, v přírodě neexistuje naprosto černé tělo. Jeho charakteristiky v našem hvězdném systému jsou však plně splněny Sluncem, který vyzařuje, ale téměř neodráží světlo (vycházející z jiných hvězd).

Laboratorní idealizace

Pokusy přinést objekty, které zcela neodrážejí světlo, byly provedeny od konce 19. století. Tento úkol byl vlastně jedním z předpokladů pro vznik kvantové mechaniky. Především je důležité poznamenat, že jakýkoli foton (nebo jakákoli jiná část elektromagnetického záření), absorbovaný atomem, je okamžitě vyzařován a absorbován sousedním atomem a znovu vydáván. Tento proces bude pokračovat, dokud nedosáhne rovnovážného saturace v těle. Nicméně, když se absolutně černé tělo zahřeje do takového stavu rovnováhy, intenzita světla vyzařovaného jím je vyrovnána intenzitou absorpčního světla. černé tělesné záření Ve vědecké komunitě fyziků nastává problém, když se snažíme vypočítat, co by mělo být této energie záření, které je v rovnováze uloženo uvnitř černého těla. A přichází úžasný moment. Distribuce energie v spektru absolutně černého těla ve stavu rovnováhy znamená doslovnou nekonečnu energie radiace uvnitř. Tento problém byl nazván ultrafialovou katastrofou.

Planckovo rozhodnutí

První, kdo se mu podařilo nalézt přijatelné řešení tohoto problému, byl německý fyzik Max Planck. Navrhl, že jakékoliv záření je absorbováno atomy ne kontinuálně, ale diskrétně. To je v porcích. Později byly tyto části nazývány fotony. Navíc rádio-magnetické vlny mohou být absorbovány atomy pouze na určitých frekvencích. Nepřijatelné frekvence právě procházejí, což řeší otázku nekonečné energie potřebné rovnice.