Normalerweise sagen sie, das Spektrum eines schwarzen Körpers sei ein Kontinuum und emittiert Strahlung bei jeder Frequenz. Ist es wirklich ein Kontinuum wie eine Linie oder gibt es (kleine) Intervalle?
Kann ein Körper beispielsweise bei 700 nm und auch bei 400 nm und allem dazwischen emittieren oder in sehr kleinen Intervallen wie bei 400,000001 nm und 400,000002 nm usw.? Ist es also wirklich wie eine Welle oder Linie, die eine Art Unendlichkeit von Wellenlängen impliziert, oder ist es mehr oder weniger wie diskrete Längen, obwohl sie sehr nahe beieinander liegen? Oder ist es nicht wirklich bekannt, weil in gewisser Weise immer mit diskreten Zahlen (wie 400.0001) gemessen wird?
So wie ich es verstehe, sollte es immer bei bestimmten diskreten Zahlen sein, erstens, weil die Elektronen, von denen die Strahlung kommt, nur diskrete Werte haben, und zweitens, weil Kollisionen zwischen Atomen / Protonen / Elektronen Energie bei bestimmten festgelegten Wellenlängen erzeugen. Aber das ist nur meine Interpretation.
Was ist also die Realität der Schwarzkörperstrahlung?
Ein Schwarzkörperspektrum ist kontinuierlich.
Wie Dean kommentiert, gibt es keine echten schwarzen Körper. Aber darum geht es hier eigentlich gar nicht:
Es stimmt, dass die meisten Photonen, die beispielsweise von einem Stern emittiert werden, der einem Schwarzen Körper ziemlich nahe kommt, das Ergebnis eines diskreten Prozesses sind. ZB wird ein Elektron durch einen Stoß in einen angeregten Zustand versetzt, das Atom regt ab und ein Photon mit der dem gegebenen Übergang entsprechenden Wellenlänge wird emittiert.
Aber zwei Mechanismen machen das Gesamtspektrum des Sterns wirklich kontinuierlich:
Erstens rekombinieren ionisierte Atome mit freien Elektronen. Das Elektron geht in jeden Zustand, geerdet oder angeregt, und mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. Die Energie des emittierten Photons ist gleich der Energie, die benötigt würde, um das Elektron aus dem Atom zu entfernen (dh es wieder zu ionisieren), plus der kinetischen Energie, die es vor der Rekombination hatte. Und diese kinetische Energie kann einen beliebigen Wert haben (wenn sie jedoch zu groß ist, sinkt die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination).
Zweitens werden Sie auch ohne Rekombinationen nicht nur die diskreten Linien beobachten. Der Grund ist, dass die Atome des Schwarzen Körpers nicht stationär sind, sondern sich mit einer ("thermischen") Geschwindigkeit bewegen , wo ist Boltzmanns Konstante, ist die Temperatur, und ist die Masse des Atoms. Diese Bewegung bewirkt eine Doppler-Verbreiterung der emittierten Linien, was zu einem kontinuierlichen und Gaußschen Verlauf führt , Wahrscheinlichkeitsverteilung.
Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Faltung der Gaußschen Zufallsbewegung und des Lorentzschen natürlichen Linienprofils, was zu einem sogenannten Voigt-Profil führt. Dieses Profil wird in der Linienmitte vom Gaußschen dominiert und wird erst in den Flügeln zum Lorentzschen.
Dean