Многие, читавшие о реликтовом излучении, наверняка знают, что его температура очень маленькая - 2,73 К, что в обычных единицах составляет около минус 270 градусов Цельсия. Однако при этом у многих возникает вопрос - как может обладать температурой электромагнитное излучение (в том числе и видимый свет)?
Температура - это энергия движения атомов и молекул, или, что гораздо понятнее - это их скорость. Чем быстрее они движутся в веществе, тем оно горячее. В электромагнитном излучении нет атомов и молекул, оно состоит из фотонов, так что температурой оно никакой, конечно, не обладает. Тогда откуда взяли такую цифру: 2,73 К?
Чернее черного
Если нагреть кусок железа на огне, то он покраснеет от жара. Повышая температуру, можно добиться того, что он станет светить ослепительно-белым светом. Однако стоит убрать огонь, как кусок железа тут же начнет остывать и перестанет светиться.
Но это не означает, что он перестал испускать волны. Просто наши глаза уже не могут их видеть. Даже при комнатной температуре железо всё ещё будет испускать излучение, которое можно зафиксировать приборами.
Продолжая остужать тело, можно добиться излучения со всё более длинными волнами. В конце концов, подойти даже к такому, которое будет приблизительно соответствовать реликтовому, приходящему к нам из космоса.
Правда, железо в этом случае нам не поможет. К тому излучению. которое оно испускает из себя, будет примешиваться и то, которое он отразил своей поверхностью ( не будем забывать, что металл имеет блестящую поверхность). То есть излучение "загрязнится".
С этой целью физиками было предложена математическая модель абсолютно черного тела. В отличие от нашего куска железа, оно совсем ничего не отражает. Оно поглощает абсолютно любое излучение на любых длинах волн, то есть по сути является "ловушкой для света".
При этом само оно способно излучать любую волну - знай только нагрей его до нужной температуры. Вот отсюда и взята эта цифра - 2,73 К. Это - температура, до которой нагрели абсолютно черное тело, и при этом оно излучает именно такие волны, как и реликтовое излучение.
Зачем?
Действительно, зачем придумали это абсолютно черное тело? Ответ очень прост: для удобства. Оно позволяет исследовать тепловое излучение, не учитывая то, которое тело отражает. Все формулы физики выводили именно для этого АЧТ. Также это позволяет рассчитать энергию, которую несет в себе излучение.
Важно понимать, что абсолютно черное тело - это математическая абстракция, в реальной жизни его не существует. Есть устройства, которые максимально приближены к нему, но всё равно отражают падающее на них излучение, пусть и в мизерных количествах.
Идеал недостижим, не так ли? Ведь нельзя взвесить ровно 100 грамм, налить ровно литр воды, измерит точно 60 секунд - всегда будет небольшая доля излишка или наоборот, "недосдачи".
Солнце тоже обладает свойствами АЧТ. Любой фонарь или лазерная указка, направленные на нашу звезду, не отразятся от него, то есть вы не увидите светового пятна на его поверхности.
Существуют ли "волны холода"?
Как мы убедились, даже вблизи абсолютного нуля тело всё еще продолжает излучать, то есть испускать энергию. Причина этого в том, что у него есть температура, то есть внутри тела заключена некая энергия.
Если "добраться" до абсолютного нуля (только мысленно), то есть до 0 К, то энергия тела тоже будет равна нулю. Нет движения - нет энергии - нет излучения. Правда, квантовая физика говорит, что даже в этом случае будет что-то излучаться. Однако на деле даже это будет энергия, но не холод.