Savršeno crno tijelo - problem Newtonove fizike

Sadržaj:

Savršeno crno tijelo - problem Newtonove fizike
Savršeno crno tijelo - problem Newtonove fizike
Anonim

Apsolutno crno tijelo je mentalno fizički idealizirani objekt. Zanimljivo, uopće ne mora biti crna. Ovdje je drugačije.

potpuno crno tijelo
potpuno crno tijelo

Albedo

Svi se sjećamo (ili smo barem trebali zapamtiti) iz školskog tečaja fizike da pojam "albeda" podrazumijeva sposobnost površine tijela da reflektira svjetlost. Tako, na primjer, snježni pokrivači ledenih kapa našeg planeta mogu reflektirati do 90% sunčeve svjetlosti koja pada na njih. To znači da ih karakterizira visok albedo. Nije iznenađujuće da su zaposlenici polarnih postaja često prisiljeni raditi u sunčanim naočalama. Uostalom, gledati u čisti snijeg gotovo je isto što i gledati u Sunce golim okom. S tim u vezi, Saturnov mjesec Enceladus, koji je gotovo u cijelosti sastavljen od vodenog leda, ima rekordnu refleksivnost u cijelom Sunčevom sustavu, ima bijelu boju i reflektira gotovo svo zračenje koje pada na njegovu površinu. S druge strane, tvar poput čađe ima albedo manji od 1%. To jest, apsorbira oko 99% elektromagnetskog zračenja.

raspodjela energije u spektru crnog tijela
raspodjela energije u spektru crnog tijela

Opis čisto crnog tijela

Stigli smo do najvažnije stvari. Sigurno je čitatelj pogodio da je apsolutno crno tijelo objekt čija je površina sposobna apsorbirati apsolutno svo zračenje koje pada na njega. U isto vrijeme, to uopće ne znači da će takav objekt biti nevidljiv i da u načelu ne može emitirati svjetlost. Ne, nemojte ga brkati s crnom rupom. Može imati boju i čak biti vrlo vidljivo, ali zračenje crnog tijela uvijek će biti određeno njegovom vlastitom temperaturom, a ne reflektiranom svjetlošću. Usput, ovo uzima u obzir ne samo spektar vidljiv ljudskom oku, već i ultraljubičasto, infracrveno zračenje, radio valove, x-zrake, gama zračenje i tako dalje. Kao što je već spomenuto, potpuno crno tijelo ne postoji u prirodi. Međutim, njegovim karakteristikama u našem zvjezdanom sustavu najbolje odgovara Sunce, koje emitira, ali gotovo ne reflektira svjetlost (koja dolazi od drugih zvijezda).

Laboratorijska idealizacija

Pokušaji izvlačenja predmeta koji uopće ne reflektiraju svjetlost činjeni su od kraja 19. stoljeća. Zapravo, ovaj problem je postao jedan od preduvjeta za nastanak kvantne mehanike. Prije svega, važno je napomenuti da svaki foton (ili bilo koja druga čestica elektromagnetskog zračenja) koji apsorbira atom odmah emitira i apsorbira susjedni atom, te ponovno emitira. Ovaj proces će se nastaviti sve dok se ne postigne ravnotežno stanje zasićenja u tijelu. Međutim, kada se crno tijelo zagrije do takvog stanja ravnoteže, intenzitet svjetlosti koju ono emitira postaje jednak intenzitetu apsorbirane svjetlosti.

zračenje crnog tijela
zračenje crnog tijela

U znanstvenoj zajednici fizičara problem nastaje kada se pokušava izračunati kolika bi trebala biti ta energija zračenja, koja je pohranjena u ravnoteži unutar crnog tijela. I dolazi nevjerojatan trenutak. Raspodjela energije u spektru potpuno crnog tijela u stanju ravnoteže znači doslovnu beskonačnost energije zračenja unutar njega. Ovaj problem je nazvan ultraljubičasta katastrofa.

Planckovo rješenje

Prvi koji je pronašao prihvatljivo rješenje za ovaj problem bio je njemački fizičar Max Planck. Predložio je da bilo koje zračenje apsorbiraju atomi ne kontinuirano, već diskretno. Odnosno u porcijama. Kasnije su takvi dijelovi nazvani fotoni. Štoviše, radiomagnetske valove atomi mogu apsorbirati samo na određenim frekvencijama. Neprikladne frekvencije jednostavno prolaze, što rješava pitanje beskonačne energije potrebne jednadžbe.

Preporučeni: