从黑体辐射讲起,黑体辐射公式

什么是黑体辐射,什么又是黑体呢?
【从黑体辐射讲起,黑体辐射公式】

从黑体辐射讲起,黑体辐射公式


用风马牛不相及来形容黑体辐射和黑体是比较贴切的 。虽然,它们都与光有关,都拥有一个黑字,即意味着不透明;但是,两者的物理机制却是截然不同的 。所谓黑体,是指某物完全吸收光线,不反光 。而黑体辐射则恰好相反,是指内部的光被完全封闭着且不被吸收,我们看不见其中的光亮 。该物体只留出一个小孔对外发光 。科学家们正是根据这一理想的物理模型,观测不同温度的光谱分布,进而研究能量的性质 。
因此,黑体是普通物体,比较直观,只要能吸收所有频率的光,就是黑体 。而黑体辐射则不然,其极具研究价值 。如果能量是连续的,那么黑体辐射出来的光线就只是高能的紫外线;反之,如果能量是不连续的,则辐射出来的光线各种频率的都有 。根据温度的不同,有一个分布曲线 。这就好比是选举,如果按照财富选举,当选的人一定是最有钱的人;只有一人一票,则各种不同阶层的人都有机会当选 。
在经典时期,根据机械的世界观,将不同的概念完全对立起来 。于是,能量与物质是截然不同的 。前者是连续和不确定的,后者则是不连续的实体,具有确定的质量和体积 。然而,根据对黑体辐射的观测,其辐射出来的光线是全频率的,只是不同频率的强度有所不同,形成了一定的分布曲线 。无论是低频还是高频的光都很弱,只有与温度相对应的频率占绝大多数 。
这就好比是不同国家的人平均寿命是不同的,但无论平均寿命多少,短命和长寿的人都是存在的 。只是他们的数量不多而已 。因此,连续的能量受到了实验的挑战,被比喻为是飘在经典物理学晴朗天空上的一朵乌云 。为此,普朗克在其新建的黑体辐射公式中,引入了一个量纲为粒子角动量的物理常数h 。于是,消除了紫外灾变 。其原理是假设存在着不可再分的最小粒子,而能量是关于粒子运动能力的度量 。
所以,粒子的有限性,决定了能量的不连续性 。由此,奠定了量子力学的物理基础 。我们的宇宙是由无数个不可再分的最小粒子构成的,该最小粒子被称为量子 。于是,离散的量子构成物理背景,即量子空间;受到激发的量子成为不同频率的光子,属于能量的范畴;而由高能量子的运动所形成的封闭体系,就是各种基本粒子、原子和分子等不同层次的物体,属于物质的概念 。
实际上,具有黑体辐射性质的物体比黑体更为普遍 。就物质的定义而言,所有的物质都是由高能量子的运动所形成的封闭体系,它们都会因为其封闭性小于1,而对外辐射能量 。正是因为如此,万有引力才得以存在 。因为,物质的热辐射,使量子空间形成了热的梯度分布 。于是,两个物体相遇时,会受到空间量子的不对称碰撞,从而产生相互接近的趋势 。
这就好比两个漩涡相遇,汇集成了一个更大的漩涡,将漩涡内的物体向漩涡的中心挤压 。此外,即便是太阳和黑洞也都在进行着黑体辐射 。这就是为什么,我们接收到的阳光早在百万年以前就产生了 。其历经磨难,才有机会逃离太阳 。否则的话,太阳就会因核聚变而爆炸 。至于黑洞,由于存在着隧道效应,其中的光线都有机会逃离出来 。只是,逃出的概率与光子的能量成正比关系 。
所以,真正能够逃出的只有高能的x射线 。这就是为什么,科学家们认为x射电源是黑洞的原因 。总之,黑体是吸收光线,不反光;而黑体辐射则是不吸收光线,且不对外释放光线 。这就好比,税务局与财政部的关系 。前者只管收钱,后者则只管花钱 。当然,在现实的世界,不存在绝对的物体 。所以,黑体不黑,黑体辐射亦会不断地向外释放出各种频率的能量 。

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