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奇的結果,第二朵則是人們在黑體輻射的研究中所遇到的困境。
我們的故事終於就要進入正軌,而這一切的一切,都要從那令人困惑的“黑體”開始。
大家都知道,一個物體之所以看上去是白色的,那是因為它反射所有頻率的光波;反之,如果看上去是黑色的,那是因為它吸收了所有頻率的光波的緣故。物理上定義的“黑體”
,指的是那些可以吸收全部外來輻射的物體,比如一個空心的球體,內壁塗上吸收輻射的塗料,外壁上開一個小孔。那麼,因為從小孔射進球體的光線無法反射出來,這個小孔看上去就是絕對黑色的,即是我們定義的“黑體”。
19世紀末,人們開始對黑體模型的熱輻射問題發生了興趣。其實,很早的時候,人們就已經注意到對於不同的物體,熱和輻射似乎有一定的對應關聯。比如說金屬,有過生活經驗的人都知道,要是我們把一塊鐵放在火上加熱,那麼到了一定溫度的時候,它會變得暗紅起來(其實在這之前有不可見的紅外線輻射),溫度再高些,它會變得橙黃,到了極度高溫的時候,如果能想辦法不讓它汽化了,我們可以看到鐵塊將呈現藍白色。也就是說,物體的熱輻射和溫度有著一定的函式關係(在天文學裡,有“紅巨星”和“藍巨星”,前者呈暗紅色,溫度較低,通常屬於老年恆星;而後者的溫度極高,是年輕恆星的典範)。
問題是,物體的輻射能量和溫度究竟有著怎樣的函式關係呢?
最初對於黑體輻射的研究是基於經典熱力學的基礎之上的,而許多著名的科學家在此之前也已經做了許多基礎工作。美國人蘭利(samuelpierpontlangley)發明的熱輻射計是一個最好的測量工具,配合羅蘭凹面光柵,可以得到相當精確的熱輻射能量分佈曲線。“黑體輻射”這個概念則是由偉大的基爾霍夫(gustavrobertkirchhoff)提出,並由斯特藩