Абсолютно черное тело уникальный физический объект, не заслуженно отодвинутый на задворки физики. Ну, о чем нам может поведать ящик с небольшим отверстием и вымазанным внутри сажей? Или даже не ящик, а полый шар. Ничего особенного. Так, вероятнее всего, думает человек, прочитавший эти строки. А если автор скажет, что этот шар может нам рассказать о физической сущности времени или о параллельных мирах, то посетитель сайта, в лучшем случае, просто ему не поверит. А ведь может оказаться, что автор не так уж и не прав.
Абсолютно чёрное тело — это тело, которое поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Одним из таких тел является Солнце. Оно не только поглощает все, что на него падает, но с другой стороны, и излучает то, что на него может падать. То есть, оно поглощает все виды излучения, которые на него падают. Перерабатывают все поглощенное и переработанное излучают по своим возможностям. Если мы подсветим Солнышко фонариком, то оно не отразит лучи нашего фонарика, как, например, дерево или забор.
Абсолютно черное тело внесло свой посильный вклад в процесс открытия явления квантования энергии.
Как известно понятие кванта в науку ввел Макс Планк, опираясь на исследования проблемы излучения абсолютно черного тела. Но все ли выводы из этого явления сделал Макс Планк, исследуя излучение абсолютно черного тела?
Ученые заметили, что абсолютно черное тело (шар или ящик, внутренние стенки которого покрыты сажей, с маленьким отверстием) излучает и поглощает определенный спектр электромагнитного излучения. Интенсивность излучения зависит от температуры этого тела. Измерения длин волн излучаемого спектра и его интенсивности представлены в виде кривых красного, зеленого и синего цветов в зависимости от температуры на Рис.6.
Как видно из графика эти кривые, скажем, не совсем хороши для математики. Нет бы какая-нибудь синусоида, экспонента или что-нибудь другое приличное. Похоже на кривую Гаусса или колокол, но не совсем. Рэлей и Джинс попробовали описать эту кривую и у них получились формулы
Получились обычные параболы с параметром Т. На малых частотах они прижимаются к абсциссе, а на высоких частотах они лезут в бесконечность по ординате. Хвост и часть склона реальной кривой удалось смоделировать, а остальная часть бугра и подъема данными формулами не описывался.Кривая при высоких частотах ползла в бесконечность, что грозило нам “ультрафиолетовой катастрофой”. Действительно таких потоков ультрафиолетового излучения мы бы не вынесли. А за ультрафиолетовым излучением еще большей интенсивности появилось бы рентгеновское излучение. Надо было загибать параболу на высоких частотах вниз. За дело взялся Макс Планк и подобрал формулу, которая точнее описывала экспериментально полученные кривые.
где h — Планка постоянная, k —Больцмана постоянная, - частота. Кривые, построенные по этой формуле, имеют вид, изображенный на Рис. 7.
Как видим, эти кривые очень похожи на реальные кривые. В чем же прелесть этой формулы? Возьмем две любые точки на реальной кривой для одной температуры. В каждой из этих точек есть измеренная интенсивность и длина волны (частота). Подставим эти данные в формулу Планка. Мы получим два уравнения с двумя неизвестными – h и k. Все остальные члены в этих уравнениях известны. Решив эти уравнения, найдем величины h и k. И теперь, поставив эти величины в формулу, по длине волны можем теоретически, без измерений, вычислять интенсивность излучения или наоборот. Совпадение теории и практики налицо.
Вот что по этому поводу сказано в Викизнании:
“Планк предположил, что поведение света подобно движению набора множества одинаковых гармонических осцилляторов. Он изучал изменение энтропии этих осцилляторов в зависимости от температуры, пытаясь обосновать закон Вина, и нашёл подходящую математическую функцию для спектра чёрного тела (Planck, 1901).
Однако вскоре Планк понял, что кроме его решения возможны и другие, приводящие к другим значениям энтропии осцилляторов (Planck, 1901). В результате он был вынужден использовать вместо феноменологического подхода отвергаемую им ранее статистическую физику (Planck, 1901), что он описывал как "акт отчаяния … Я был готов пожертвовать любыми моими предыдущими убеждениями в физике (Kragh, Helge 1 December 2000, Max Planck: the reluctant revolutionary, PhysicsWorld.com). Одним из новых принятых Планком условий было:
интерпретировать UN (энергия колебаний N осцилляторов) не как непрерывную неограниченно делимую величину, а как дискретную величину, состоящую из суммы ограниченных равных частей. Обозначим каждую такую часть в виде элемента энергии через ε; (Planck, 1901).
С этим новым условием Планк фактически вводил квантованность энергии осцилляторов, говоря, что это "чисто формальное предположение … на самом деле я не думал об этом глубоко…" (Kragh, Helge 1999,Generations: A History of Physics in the Twentieth Century, Princeton University Press, p. 62, ISBN 0691095523), однакоэтопривелокнастоящейреволюциивфизике. Применение нового подхода к закону смещения Вина показало, что "элемент энергии" должен быть пропорционален частоте осциллятора. Это было первой версией того, что сейчас называется "формула Планка":
”Макс Планк мыслил гениально, и это действительно произвело революцию в физике, но только не такую революцию какую видел Планк. Он четко и не двусмысленно ставил вопрос:
“ интерпретировать UN (энергия колебаний N осцилляторов) не как непрерывную неограниченно делимую величину, а как дискретную величину, состоящую из суммы ограниченных равных частей. Обозначим каждую такую часть в виде элемента энергии через ε; (Planck, 1901)”.
Что это значит? Каждый осциллятор (электрон) генерирует определенную часть энергии, которую Планк обозначил ε. Откуда он ее берет? Поглощает тепловые элементы энергии (фотоны), преобразует в свои элементы энергии и излучает их. Одни осцилляторы излучают элементы энергии с длиной волны 10 000 А, вторые с длиной волны 16 000 А и т.д. Как видно из рисунков практически этот спектр распространяется от нуля и до бесконечности. Больше всех осцилляторов генерируют длину волны, расположенную под вершиной бугра на кривой. Чем дальше от этого бугра, тем меньше электронов, желающих генерировать свои фотоны. Планк и предположил, что электрон после излучения фотона переходит в режим накопления энергии (обычный лазер), накапливает энергию и снова ее излучает в виде такой же порции, а возможно и в виде другой порции. Для системы это не важно, ибо другой электрон, излучивший до этого другую порцию энергии, в следующий раз излучит порцию, которую до этого излучил предыдущий электрон. Таким образом, UN наберется в виде суммы этих порций. Чем больше таких порций энергии попадает в наш регистратор, тем большую Intensity мы фиксируем.
А где же здесь проявляется частота или длина волны? Из предложения Планка не следует, что ограниченные ровные части должны следовать периодически. Важно чтобы они были одинаковой энергии. И действительно, если абсолютно черное тело представляется в виде отверстия в ящике или шаре, то проковыряйте рядом две одинаковые дырочки или еще больше, поставьте к ним регистрирующие приборы и везде получите одинаковые кривые. В этом можно убедиться, если в эти дырочки умудриться посмотреть. Цвет внутренности будет одинаков, через какую бы дырочку мы не смотрели. Получить интерференционную картину, суммируя фотоны из двух отверстий, вряд ли удастся. Проинтегрировав UN по всей поверхности шара можно узнать количество электронов излучивших данный фотон.
Несомненно, регулярность в излучении есть, но это принцип организации излучения и он заключается в методе придания электронам тех или иных ускорений. В опытах с абсолютно черным телом используется обычный нагрев тела. Атомы вещества, обычно сажи, в теле под воздействием внешних тепловых квантов получают некоторые ускорения, в результате чего возбуждаются, но не переходят на новую стационарную орбиту в равновесном состоянии, а излучают определенный фотон. Если температуру изменили, то равновесие нарушилось, и часть электронов будут переведены на следующий устойчивый уровень, и относительно его будут излучать новый спектр.
Все электроны тела распределены по различным скоростям. Связанные электроны находятся на различных уровнях в зависимости от степени связности и у них различные скорости. При прочих равных условиях электроны в зависимости от этих скоростей могут излучать фотоны той или иной энергии. При изменении температуры средняя скорость осцилляторов изменилась, и соответственно пополз горб кривой за этим изменением. На Рис. 7 показано смещение бугра в область высоких частот.
Но на этих графиках есть одно явление, на которое никто почему-то не обратил внимания. А именно. Почему горб кривой оказался в диапазоне длин волн примерно 500-800 нм, а не в диапазоне 100-400 нм или 1200-1500 нм? А это еще одно из подтверждений существования нашего квантового мира. Из этого следует, что средняя скорость нашего мира относительно вакуума именно такова, что генерируются в основном фотоны такой длины. Естественно, что отклонения скорости электронов, от этой средней скорости, приводят к генерации различных фотонов. И чем большее отклонение скорости от средней величины, тем оно происходит реже, и тем меньше интенсивность этого излучения. Если бы наш мир приобрел другую скорость, отличную от настоящей скорости, то горб кривой сдвинулся бы на соответствующую величину. В основном вокруг этой средней скорости электроны поглощали и излучали бы соответствующие фотоны. А поскольку в каждой зоне скоростей постоянная составляющая в каждом из фотонов различная, то и время генерации или передачи фотонов различное. А это не что иное, как физическое время, о чем будет рассказано в статье “О физической сущности времени”. Сторонний наблюдатель, видя две ИСО с горбами на различных длинах волн, обнаружил бы, что в одной ИСО люди движутся медленней, чем в другой.
Верное ли дополнение к интерпретации сущности кривой излучения сделал автор данных строк, время покажет, а вот вывод зависимости энергии кванта от его частоты, произведенный через закон смещения Вина, грешит не точностью. Квант это одна мельчайшая частица энергии и в ней есть определенные движения электрической и магнитной составляющей, но эти колебания, если таковы есть в кванте, одинаковы, так как они зависят от спина. А фотон это набор одинаковых квантов. И общая энергия фотона зависит от суммы всех квантов. Вот эти квантованные наборы (фотоны) и составляют сумму UN.
И еще один фантастический вывод можно сделать из кривой излучения. Если бы часть вещества нашей вселенной обладала другой средней скоростью, что возможно при пересечении двух вселенных, то это можно было бы назвать параллельным миром. Фотоны одного мира практически не взаимодействовали бы с телами противоположного мира и могли бы сосуществовать рядом. И проявлялись бы они только в виде НЛО, когда бы хвост или начало кривой излучения абсолютно черного тела в одной ИСО попадал в зону бугра кривой другой ИСО. Это может быть так. Допустим, в некотором мире кривая будет иметь горб в районе средних радиоволн или в районе рентгеновского излучения. Если средневолновики будут пытаться генерировать видимый спектр, также как мы сейчас генерируем рентгеновский спектр, или взрываем атомную бомбу, то мы сможем увидеть видимый спектр в форме какого-нибудь объекта. Но и те, которые живут в рентгеновской зоне, увидят наши проделки.
