Absolutno črno telo in njegovo sevanje

Absolutno črno telo se imenuje tako, ker absorbira ves sevalni dogodek na njem (ali bolje, vanj), tako v vidnem spektru kot zunaj njega. Ampak, če se telo ne segreje, se energija ponovi. To sevanje, ki ga oddaja absolutno črno telo, je še posebej zanimivo. Prvi poskusi preučevanja njegovih lastnosti so bili izvedeni pred samim samim modelom.

V začetku 19. stoletja je John Leslie izvajal eksperimente z različnimi snovmi. Izkazalo se je, da črna saj ne absorbira vse vidne svetlobe, ki jo pade na njo. Izhajajoč iz infrardečega območja je veliko močnejši od drugih, lažjih snovi. To je bilo toplotno sevanje, ki se razlikuje od vseh drugih vrst v več lastnostih. Sevanje absolutno črnega telesa je ravnovesno, homogeno, se zgodi brez prenosa energije in je odvisno samo od telesna temperatura. Pri dovolj visoki temperaturi predmeta toplotno sevanje postane vidna, nato pa vsako telo, vključno z absolutno črno, pridobi barvo.

Tak edinstven objekt, ki oddaja izključno določeno oblika energije, ne morejo pritegniti pozornosti. Ker govorimo o termičnem sevanju, smo v okviru termodinamike predlagali prve formule in teorije o tem, kako naj bi spekter izgledal. Klasična termodinamika je lahko ugotovila, katera valovna dolžina mora biti na določeni temperaturi največ svetlobe, v kateri smeri in koliko se bo premik s segrevanjem in hlajenjem. Vendar pa ni bilo mogoče predvideti, kaj je porazdelitev energije v spektru absolutno črnega telesa pri vseh valovnih dolžinah in zlasti v ultravijoličnem obsegu.

Glede na zamisli klasične termodinamike lahko energijo sevajo vsi deli, vključno s poljubno majhnimi. Toda za absolutno črno telo, ki oddaja pri kratkih valovnih dolžinah, mora biti energija nekaterih njegovih delcev zelo velika, v območju ultrahortalnih valov pa bi šla do neskončnosti. V resnici je to nemogoče, neskončnost se pojavi v enačbah in dobi ime ultravijolična nesreča. Le Planckova teorija, da energijo lahko izločijo diskretni deli - kvanti - je pripomogla k rešitvi te težave. Današnje enačbe termodinamike so posebni primeri enačb kvantna fizika.

Prvotno črno telo je bilo predstavljeno kot votlina z ozko luknjo. Sevanje iz zunanje strani vstopi v to votlino in absorbira stene. Na spektru sevanja, ki mora imeti absolutno črno telo, je podoben obseg sevanja od vhoda v jamo, luknjo vdolbine, okno v temno sobo v sončnem dnevu itd. Predvsem pa spektri sovpadajo z njo relikvije Vesolje in zvezde, vključno s soncem.

Zanesljivo lahko trdimo, da čim več delcev v enem ali drugem predmetu z različnimi energijami, bolj močno bo njegovo sevanje podobno črnemu telesu. Krivulja porazdelitve energije v spektru absolutno črnega telesa odraža statistične zakonitosti v sistemu teh delcev, pri čemer je edina korekcija, da je energija, prenesena med interakcijami, diskretna.