Apsolutno crno tijelo - problem Newtonove fizike

Apsolutno crno tijelo je mentalni fizički idealizirani objekt. Zanimljivo, u stvarnosti to ne mora nužno biti crno. Ovo je drugačije.

albedo

Svi se sjećamo (ili se barem trebali sjetiti) iz tečaja fizičke škole da pojam "albedo" podrazumijeva sposobnost površine tijela da reflektira svjetlost. Tako, na primjer, snježni pokrivači ledenih kapa našeg planeta mogu odraziti do 90% sunčeve svjetlosti koja pada na njih. To znači da ih karakterizira visok albedo. Nije iznenađujuće da su zaposlenici polarnih stanica često prisiljeni raditi u sunčanim naočalama. Uostalom, gledanje u čist snijeg gotovo je isto kao i gledanje sunca golim okom. U tom smislu, rekordna reflektivnost u cijelom Sunčevom sustavu ima Saturnov satelit Enceladus, koji je gotovo u cijelosti sastavljen od vodenog leda, ima bijelu boju i odražava gotovo cijelo zračenje koje pada na njegovu površinu. S druge strane, tvar kao što je čađa ima albedo manji od 1%. To znači da apsorbira oko 99% elektromagnetskog zračenja.

Apsolutno crno tijelo: opis

Ovdje dolazimo do najvažnije stvari. Sigurno je čitatelj pogodio da je apsolutno crno tijelo objekt, čija je površina sposobna apsorbirati apsolutno sve zračenje koje pada na njega. U isto vrijeme, to uopće ne znači da će takav objekt biti nevidljiv i ne može u načelu emitirati svjetlo. Ne, nemoj ga brkati s crnom rupom. Može imati boju i biti vrlo vidljiv, ali zračenje apsolutno crnog tijela uvijek će biti određeno njegovom vlastitom temperaturom, ali ne i reflektiranim svjetlom. Usput, uzima u obzir ne samo spektar vidljiv ljudskom oku, nego i ultraljubičasto, infracrveno zračenje radio valovi X-zrake, gama zračenja i tako dalje. Kao što je već spomenuto, apsolutno crno tijelo ne postoji u prirodi. Međutim, njegova obilježja u našem zvjezdanom sustavu najviše ispunjava Sunce, koje zrači, ali gotovo da ne odražava svjetlost (koja potječe iz drugih zvijezda).

Laboratorijska idealizacija

Pokušaji da se donesu predmeti koji apsolutno ne reflektiraju svjetlost nastaju od kraja XIX stoljeća. Zapravo, taj je zadatak bio jedan od preduvjeta za nastanak kvantne mehanike. Prije svega, važno je napomenuti da bilo koji foton (ili bilo koja druga čestica elektromagnetskog zračenja) apsorbiran od strane atoma odmah se emitira i apsorbira u susjedni atom i ponovno emitira. Ovaj proces će se nastaviti dok se ne postigne stanje ravnoteže u tijelu. Međutim, kada se apsolutno crno tijelo zagrije do takvog stanja ravnoteže, intenzitet svjetla kojega emitira izjednačava se s intenzitetom apsorbirane svjetlosti. U znanstvenoj zajednici fizičara, problem se javlja kada se pokušava izračunati što bi trebalo biti ovu energiju zračenje koje je uskladišteno unutar crnog tijela u ravnoteži. A ovdje dolazi nevjerojatan trenutak. Raspodjela energije u spektru apsolutno crnog tijela u stanju ravnoteže znači doslovnu beskonačnost energije zračenja unutar nje. Taj se problem naziva ultraljubičastom katastrofom.

Planckova odluka

Prvi koji je uspio pronaći prihvatljivo rješenje ovog problema bio je njemački fizičar Max Planck. Predložio je da bilo koje zračenje apsorbiraju atomi ne kontinuirano, već diskretno. To jest, u dijelovima. Kasnije su se ti dijelovi nazvali fotonima. Štoviše, radio-magnetski valovi mogu biti apsorbirani od strane atoma samo na određenim frekvencijama. Neodgovarajuće frekvencije jednostavno prolaze, što rješava pitanje beskonačne energije potrebne jednadžbe.