Қара денесі және оның сәулесі

Абсолютті қара денесі деп аталады, өйткені ол радиацияның барлық көріністерін (немесе, керісінше, оған) көрінетін спектрде де, сыртында да сіңіреді. Бірақ егер дененің қызуы болмаса, онда энергия қайтадан қайталанады. Бұл мүлдем қара денеден шыққан бұл сәуле ерекше қызығушылық тудырады. Оның қасиеттерін зерттеген алғашқы әрекеттер модельдің өзі пайда болғанға дейін жасалды.

19 ғасырдың басында Джон Лесли түрлі заттармен эксперименттер жүргізді. Қалай болғанда да, қара қызыл түске айналған барлық көрінетін сәулені ғана емес жұтып қоймайды. Инфрақызыл диапазонда шығарылатын басқа да жеңіл заттардан әлдеқайда күшті. Бұл көптеген қасиеттердегі барлық басқа түрлерден ерекшеленетін жылу сәуле болды. Абсолютті қара дененің сәулеленуі тепе-теңдік, біртекті, энергия тасымалданусыз орын алады және тек дене температурасына байланысты. Нысанның жеткілікті жоғары температурасы кезінде жылу сәулесі көрінеді, содан кейін кез-келген дене, оның ішінде мүлдем қара, түске ие болады.

Белгілі бір энергия түрін шығаратын осындай ерекше нысан назар аударуға көмектесе алмады. Біз жылу сәулелену туралы айтқанда, термодинамика шеңберінде спектрдің қалай көрінетініне қатысты алғашқы формулалар мен теориялар ұсынылған. Классикалық термодинамика радиацияның максималды температурасы қандай толқын ұзындығына байланысты екенін анықтауға мүмкіндік берді, ол жылыту мен салқындату бағытында және қаншалықты жылжытылады. Дегенмен, толқындардың барлық ұзындықтарында және әсіресе ультракүлгін диапазонында мүлдем қара дененің спектрінде энергия бөлінуін болжау мүмкін болмады.

Классикалық термодинамика идеясына сәйкес, энергия кез келген бөліктермен, соның ішінде кішігірім кішігірім заттарды де шығаруы мүмкін. Бірақ қысқа толқын ұзындығы бойынша шығаратын абсолютті қара дене үшін кейбір бөлшектердің энергиясы өте үлкен болуы керек, ал ультрафиолет толқындары аймағында шексіздікке жетеді. Шын мәнінде, бұл мүмкін емес, теңдеулерде шексіздік пайда болды және ультракүлгін апат деп аталды. Планктің тек қана дискретті бөліктермен энергияны шығаратын теориясы - кванта - қиындықты шешуге көмектесті. Бүгінгі термодинамиканың теңдеуі кванттық физика теңдеулерінің ерекше жағдайлары болып табылады .

Бастапқыда толық қара денесі тар тесікшесі бар қуыс ретінде ұсынылған. Сырттан келген радиация бұл қуысқа енеді және қабырғалармен жұтылады. Абсолютті қара денесі болуы керек радиация спектрінде, үңгірдің кіреберісінен радиация спектрі, ұңғыманың саңылаулары, терезелер күннің қараңғы бөлмесіне және т.б. Бірақ ең бастысы, Әлемнің жұлдыздары мен жұлдыздарының реликті сәулелерінің спектрі онымен сәйкес келеді.

Әр түрлі энергияларға ие болатын осы нысандағы бөлшектердің көп болуы оның сәулеленуінің күшеюі қара дененің сәулеленуіне ұқсайды деп сенімді түрде айтуға болады. Абсолютті қара дененің спектрінде энергия бөлу қисықтары осы бөлшектердің жүйесінде статистикалық заңдылықтарды көрсетеді, өзара әрекеттесу кезінде берілетін энергия дискретті болып табылатын жалғыз түзету.