Cơ thể đen hoàn toàn và bức xạ của nó

Cơ thể đen hoàn toàn được gọi là vì nó hấp thụ tất cả các bức xạ gây ra nó (hoặc đúng hơn, vào nó), cả trong quang phổ nhìn thấy và bên ngoài nó. Nhưng nếu cơ thể không nóng lên, năng lượng sẽ quay trở lại. Bức xạ này, phát ra bởi một cơ thể hoàn toàn đen, là mối quan tâm đặc biệt. Những nỗ lực đầu tiên để nghiên cứu các đặc tính của nó đã được thực hiện trước khi xuất hiện mô hình.

Vào đầu thế kỷ 19, John Leslie tiến hành thí nghiệm với các chất khác nhau. Khi hóa ra, bồ hóng đen không chỉ hấp thụ tất cả ánh sáng nhìn thấy rơi xuống trên nó. Nó phát ra trong dải hồng ngoại mạnh hơn nhiều so với các chất khác nhẹ hơn. Đó là bức xạ nhiệt, khác với tất cả các loài khác ở một số thuộc tính. Bức xạ của một cơ thể hoàn toàn đen là cân bằng, đồng nhất, xảy ra mà không cần truyền năng lượng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ cơ thể. Ở nhiệt độ đủ cao của vật thể, bức xạ nhiệt trở nên nhìn thấy được, và sau đó bất kỳ vật thể nào, kể cả màu đen hoàn toàn, đều có màu sắc.

Một vật thể duy nhất, chỉ phát ra một loại năng lượng nhất định , không thể thu hút sự chú ý. Vì chúng ta đang nói về bức xạ nhiệt, các công thức và lý thuyết đầu tiên về cách quang phổ phải được tìm ra đã được đề xuất trong khuôn khổ của nhiệt động lực học. Nhiệt động lực học cổ điển có thể xác định được bước sóng nào nên bước sóng cực đại phải ở nhiệt độ nhất định, ở hướng đó và bao nhiêu thì nó sẽ chuyển động với sưởi và làm mát. Tuy nhiên, không thể dự đoán sự phân bố năng lượng trong quang phổ của một cơ thể đen hoàn toàn ở tất cả các bước sóng, và đặc biệt là ở dải tia cực tím.

Theo ý tưởng của nhiệt động lực học cổ điển, năng lượng có thể được chiếu bởi bất kỳ phần nào, bao gồm cả những cái nhỏ tùy tiện. Nhưng đối với một cơ thể đen hoàn toàn phát ra ở bước sóng ngắn, năng lượng của một số hạt của nó phải rất lớn, và trong vùng sóng siêu ngắn nó sẽ đi đến vô cùng. Trong thực tế, điều này là không thể, vô hạn xuất hiện trong các phương trình và được gọi là thảm họa cực tím. Chỉ có lý thuyết của Planck rằng năng lượng có thể được chiếu bởi các phần rời rạc - lượng tử - đã giúp giải quyết khó khăn. Các phương trình của nhiệt động lực học ngày nay là các trường hợp cụ thể của các phương trình của vật lý lượng tử.

Ban đầu một thân thể hoàn toàn đen đã được thể hiện như một khoang với một lỗ hẹp. Bức xạ từ bên ngoài vào khoang này và được hấp thụ bởi các bức tường. Trên quang phổ của bức xạ, phải có một cơ thể hoàn toàn đen, sau đó quang phổ của bức xạ từ lối vào hang động, lỗ của giếng, cửa sổ vào phòng tối vào một ngày nắng, vv, là tương tự. Nhưng trên hết tất cả, quang phổ của bức xạ relic của Vũ trụ và các ngôi sao, kể cả Mặt trời, trùng với nó.

Nó có thể được tuyên bố với sự chắc chắn rằng các hạt hơn trong một đối tượng nhất định có năng lượng khác nhau, bức xạ của nó sẽ giống như bức xạ của cơ thể đen. Đường phân phối năng lượng trong quang phổ của một cơ thể hoàn toàn đen phản ánh thống nhất thống kê trong hệ thống của các hạt này, với sự điều chỉnh duy nhất mà năng lượng truyền qua các tương tác là rời rạc.