STRONA GŁÓWNA NA POCZĄTKU... ODPYCHANIE KOSMICZNE SUPER WSZECHŚWIAT EKSPANSJA EWOLUCJA WSZECHŚWIATA PROMIENIOWANIE TŁA

Ciało doskonale czarne

     Każde ciało o temperaturze różnej od zera absolutnego jest źródłem promieniowania elektromagnetycznego. Nie widzimy wprawdzie aby ciała o temperaturze pokojowej świeciły, ale dzieje się tak dlatego, ponieważ ich widmo przypada głównie na zakres promieniowania podczerwonego, na które nie są czułe nasze oczy. Jeśli światło świecącego obiektu rozszczepimy przy pomocy pryzmatu, otrzymamy widmo zawierające w pewnych długościach fal charakterystyczne maksima lub minima jasności, które można wykorzystywać do identyfikacji świecącego materiału. Te maksima i minima, znane są jako linie widmowe. Widma promieniujących obiektów są różne, a ich cechy charakterystyczne zależą od materiału z którego zbudowany jest promieniujący obiekt.

     Przypuśćmy, że budujemy z jakiegoś materiału zamknięte pudełko i ogrzewamy je do jednorodnej temperatury. Na zewnątrz pudełko będzie emitować promieniowanie o zwyczajnym widmie charakterystycznym dla materiału z którego pudełko jest zbudowane. Wewnątrz jednak promieniowanie będzie emitowane i pochłaniane, i wkrótce ustali się stan równowagi. Jeśli zmierzymy widmo promieniowania wewnątrz pudełka to okaże się, że nie zawiera ono linii widmowych. Ściany pudełka będą nadal najsilniej emitowały promieniowanie w długościach odpowiadających liniom widmowym, ale materiał pudełka będzie również najsilniej pochłaniał na tych samych długościach fal. Widmo zostanie pozbawione linii i będzie miało uniwersalną postać, która zupełnie nie zależy od materiału z którego zbudowane jest pudełko. Widmo to nosi nazwę widma termicznego lub widma ciała doskonale czarnego - takie właśnie widmo przewidział Peebles w swoich obliczeniach dotyczących promieniowania reliktowego.
Można by zapytać, dlaczego ten rodzaj promieniowania nosi nazwę widma ciała doskonale czarnego? Dlaczego ta nazwa nie została zarezerwowana dla ciała które w ogóle nie wysyła promieniowania? Otóż ciało takie nie istnieje - patrz pierwsze zdanie na tej stronie.

Promieniowanie ciała doskonale czarnego ma dla fizyki istotne znaczenie, ponieważ wiąże się z przejściem od fizyki klasycznej do fizyki kwantowej. Odkrycie, iż wiele wartości fizycznych, takich jak energia atomu, nie może przyjmować dowolnych poziomów przyczyniło się właśnie do powstania pojęcia fizyka kwantowa.

Energia atomu okazuje się być skwantowana, co oznacza że przejście od jednego poziomu energetycznego, do drugiego, może odbywać się wyłącznie skokowo, atom nie może przyjmować dowolnych wartości energetycznych, lecz ściśle określone przez prawa fizyki. Pojęcie kwantyzacji /ziarnistości/ pojawiło się podczas badań nad promieniowaniem ciała doskonale czarnego.

Do końca XIX wieku nie było jasne, dlaczego w pomieszczeniach zamkniętych, promieniowanie podczerwone nie przekształca się w promieniowanie rentgenowskie. Posługując się fizyką klasyczną wyglądało na to, że promieniowanie podczerwone w naszych domach powinno przekształcić się w zakres widzialny, następnie w ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i gamma. Jednak, na szczęście, obserwacje i doświadczalne badanie widma ciała doskonale czarnego wskazywały coś całkiem innego. Paradoks ten nazwano katastrofą w ultrafiolecie. Problem ten rozwiązał w 1900 roku Max Planck, kiedy to przedstawił poprawne wyprowadzenie wzoru, opisującego widmo ciała doskonale czarnego. Był to początek ery fizyki kwantowej.

Zobacz ciało doskonale czarne w Wikipedii

2002-2014. Ostatnia aktualizacja strony: 3-11-2014.
Opracował: Romuald Kurjańczyk