Absolutně černé tělo a jeho záření

Absolutně černé tělo se nazývá tak, protože absorbuje veškeré záření, které na něm dopadá (nebo spíše do něj), a to jak ve viditelném spektru, tak mimo něj. Ale pokud se tělo nevyhřeje, energie se znovu vrátí zpět. Toto radiace, které je vydáno naprosto černým tělem, je zvláště zajímavé. První pokusy o studium jeho vlastností byly provedeny před samotným vzorem modelu.

Na počátku 19. století provedl experiment s různými látkami John Leslie. Jak se ukázalo, černá saze nejen absorbuje veškeré viditelné světlo, které na ni dopadá. Vyzařované v infračerveném dosahu je mnohem silnější než ostatní, lehčí látky. Bylo to tepelné záření, které se v různých vlastnostech liší od všech ostatních druhů. Ozařování absolutně černého těla je rovnováha, homogenní, dochází bez přenosu energie a závisí pouze na tom tělesná teplota. Při dostatečně vysoké teplotě objektu tepelné záření stane se viditelným, a pak každé tělo, včetně absolutně černé, získá barvu.

Takový jedinečný objekt, který vydává výlučně definované forma energie, nemohl pomoci přilákat pozornost. Vzhledem k tomu, že mluvíme o tepelném záření, byly v rámci termodynamiky navrženy první vzorce a teorie o tom, jak by spektrum mělo vypadat. Klasická termodynamika byla schopna určit, co vlnové délky musí existovat maximální záření při dané teplotě, ve kterém směru a kolik se bude měnit při vytápění a chlazení. Nicméně, to se nepodařilo předvídat, jak rozložení energie ve spektru černého tělesa na všech vlnových délkách, zejména v ultrafialovém pásmu.

Podle myšlenek klasické termodynamiky může být energie vyzařována libovolnými částmi, včetně libovolně malých. Ale pro absolutní černé tělo, které vydává na krátkých vlnových délkách, musí být energie některých jeho částic velice velká a v oblasti ultrakrátkých vln by to šlo do nekonečna. Ve skutečnosti to není možné, nekonečno se objevilo v rovnicích a dostalo se jména ultrafialové katastrofy. Pouze Planckova teorie, že energie může být vyzařována jednotlivými částmi - kvantami - pomohla vyřešit tuto obtížnost. Dnešní rovnice termodynamiky jsou zvláštní případy rovnic kvantová fyzika.

Původně zcela černé tělo bylo reprezentováno jako dutina s úzkou dírou. Záření zevnitř vstupuje do této dutiny a je absorbováno stěnami. Na spektru záření, které musí mít absolutně černé tělo, je podobné spektrum záření ze vstupu do jeskyně, díra studny, okno do tmavé místnosti za slunečného dne atd. Ale především se spektra shodují s tím reliktní záření Vesmír a hvězdy, včetně Slunce.

S jistotou lze tvrdit, že čím více částic v jednom nebo jiném objektu s různými energiemi, tím silněji jeho záření bude připomínat černé tělo. Křivka distribuce energie ve spektru černého tělesa odráží statistické zákonitosti v systému částic, pouze s tím rozdílem, že energie přenášené v interakci diskrétní.