Абсолютно черно тяло - проблемът на нютоновата физика

Абсолютно черно тяло е психически физически идеализиран обект. Интересното е, че то не е задължително да бъде черно в действителност. Това е различно.

албедо

Всички помним (или поне трябваше да помним) от курса по физика в училище, че терминът "албедо" предполага способността на повърхността на тялото да отразява светлината. Така например, снежната покривка на ледените шапки на нашата планета може да отразява до 90% от слънчевата светлина, която пада върху тях. Това означава, че те се характеризират с високо албедо. Не е изненадващо, че служителите на полярните станции често са принудени да работят в слънчеви очила. В крайна сметка, гледането на чист сняг е почти същото като гледането на слънцето с просто око. В тази връзка има рекордната отразяваща способност в цялата слънчева система Сателит на Сатурн Енцелад, който е почти изцяло съставен от воден лед, има бял цвят и отразява почти цялото излъчване, което пада върху повърхността му. От друга страна, вещество като въглеродни сажди има албедо по-малко от 1%. Това означава, че абсорбира около 99% от електромагнитното излъчване.

Абсолютно черно тяло: описание

Тук стигаме до най-важното. Със сигурност читателят предполага, че абсолютно черно тяло е обект, чиято повърхност е способна да абсорбира абсолютно цялото излъчване, което пада върху него. В същото време, това съвсем не означава, че такъв обект ще бъде невидим и по принцип не може да излъчва светлина. Не, не го бъркайте с черна дупка. Може да има цвят и дори да е много видим, но излъчването на абсолютно черно тяло винаги ще се определя от неговата собствена температура, но не и от отразената светлина. Между другото, той взема предвид не само спектъра, видим за човешкото око, но също и ултравиолетовия, инфрачервена радиация радиовълни Рентгенови лъчи, гама лъчение и т.н. Както вече споменахме, абсолютно черно тяло не съществува в природата. Въпреки това, неговите характеристики в нашата звездна система са най-пълно удовлетворени от Слънцето, което излъчва, но почти не отразява светлината (излъчвана от други звезди).

Лабораторна идеализация

Опитите да се носят обекти, които абсолютно не отразяват светлина, са правени от края на XIX век. Всъщност тази задача беше една от предпоставките за появата на квантовата механика. На първо място, важно е да се отбележи, че всеки фотон (или всяка друга частица от електромагнитно излъчване), погълнат от атома, веднага се излъчва и абсорбира от съседния атом и отново се излъчва. Този процес ще продължи, докато се достигне състоянието на равновесно насищане в тялото. Обаче, когато абсолютно черно тяло се нагрява до такова състояние на равновесие, интензитетът на излъчваната от него светлина се изравнява с интензивността на абсорбираната светлина. В научната общност на физиците проблемът възниква, когато се изчислява какво трябва да бъде тази енергия радиация, която се съхранява във вътрешността на черното тяло. И тук идва невероятен момент. Разпределението на енергията в спектъра на абсолютно черно тяло в състояние на равновесие означава буквалната безкрайност на радиационната енергия вътре в нея. Този проблем се нарича ултравиолетова катастрофа.

Решението на Планк

Първият, който успява да намери приемливо решение на този проблем, е германският физик Макс Планк. Той предполага, че всяка радиация се абсорбира от атомите не непрекъснато, а дискретно. Това е на части. По-късно такива части се наричаха фотони. Освен това радиомагнитните вълни могат да бъдат абсорбирани от атомите само на определени честоти. Неподходящите честоти просто преминават, което решава въпроса за безкрайната енергия на необходимото уравнение.