Corpo assolutamente nero: il problema della fisica newtoniana

Un corpo assolutamente nero è un oggetto idealizzato fisico mentale. È interessante notare che non necessariamente deve essere nero nella realtà. Questo è diverso

albedo

Tutti ricordiamo (o, almeno, dovremmo ricordare) da un corso di fisica scolastica che il termine "albedo" implica la capacità di una superficie di un corpo di riflettere la luce. Così, per esempio, le nevi delle calotte polari del nostro pianeta sono in grado di riflettere fino al 90% della luce del sole che cade su di loro. Ciò significa che sono caratterizzati da un alto albedo. Non sorprende che i dipendenti delle stazioni polari siano spesso costretti a lavorare con occhiali da sole. Dopotutto, guardare la neve pura è quasi la stessa cosa che guardare il sole ad occhio nudo. A questo proposito, la riflettività del record in tutto il sistema solare ha Satellite di Saturno Encelado, che è quasi interamente composto da acqua ghiacciata, ha un colore bianco e riflette quasi tutta la radiazione che cade sulla sua superficie. D'altra parte, una sostanza come il nero carbone ha un albedo inferiore all'1%. Cioè, assorbe circa il 99% delle radiazioni elettromagnetiche.

Corpo assolutamente nero: descrizione

Qui arriviamo alla cosa più importante. Sicuramente il lettore ha intuito che un corpo assolutamente nero è un oggetto, la cui superficie è in grado di assorbire assolutamente tutte le radiazioni che cadono su di esso. Allo stesso tempo, ciò non significa affatto che un tale oggetto sarà invisibile e non può, in linea di principio, emettere luce. No, non confonderlo con un buco nero. Può avere colore e persino essere molto visibile, ma la radiazione di un corpo assolutamente nero sarà sempre determinata dalla sua stessa temperatura, ma non dalla luce riflessa. A proposito, prende in considerazione non solo lo spettro visibile all'occhio umano, ma anche l'ultravioletto, radiazione infrarossa onde radio Raggi X, radiazione gamma e così via. Come già accennato, un corpo assolutamente nero non esiste in natura. Tuttavia, le sue caratteristiche nel nostro sistema stellare sono pienamente soddisfatte dal Sole, che irradia, ma quasi non riflette la luce (proveniente da altre stelle).

Idealizzazione di laboratorio

I tentativi di portare oggetti che non riflettono assolutamente la luce, sono stati fatti dalla fine del XIX secolo. In realtà, questo compito era uno dei prerequisiti per l'emergere della meccanica quantistica. Prima di tutto, è importante notare che qualsiasi fotone (o qualsiasi altra particella di radiazione elettromagnetica) assorbito da un atomo viene immediatamente emesso e assorbito dall'atomo vicino e nuovamente emesso. Questo processo continuerà fino a raggiungere lo stato di saturazione di equilibrio nel corpo. Tuttavia, quando un corpo assolutamente nero viene riscaldato a un tale stato di equilibrio, l'intensità della luce emessa da esso viene equalizzata con l'intensità della luce assorbita. Nella comunità scientifica dei fisici, il problema si verifica quando si tenta di calcolare ciò che dovrebbe essere questa energia la radiazione che è immagazzinata nel corpo nero in equilibrio. E qui arriva un momento fantastico. La distribuzione di energia nello spettro di un corpo assolutamente nero in uno stato di equilibrio significa l'infinito letterale dell'energia di radiazione al suo interno. Questo problema è stato definito una catastrofe ultravioletta.

La decisione di Planck

Il primo che riuscì a trovare una soluzione accettabile a questo problema fu il fisico tedesco Max Planck. Ha suggerito che qualsiasi radiazione viene assorbita dagli atomi non in modo continuo, ma discretamente. Cioè, in porzioni. Successivamente, tali porzioni furono chiamate fotoni. Inoltre, le onde radio-magnetiche possono essere assorbite dagli atomi solo a determinate frequenze. Passano solo frequenze inadeguate, che risolvono la questione dell'energia infinita dell'equazione necessaria.