Warum weisen alle schwarzen Körper bei gleicher Temperatur das gleiche Emissionsspektrum auf?

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen schwarzen Körper, der aus einem hochabsorbierenden Hohlraum mit einem kleinen Loch besteht, durch das ein Teil der Strahlung in seinem Inneren herausgelassen wird. In dieser idealisierten Situation kann Wärme nur durch das Loch in den Hohlraum hinein oder aus ihm heraus gelangen – er ist ansonsten von seiner Umgebung isoliert.

Per Definition absorbiert der Schwarze Körper (in diesem Fall das Loch) alles einfallende Licht und befindet sich im thermischen Gleichgewicht – dh die Hohlraumtemperatur darf sich mit der Zeit nicht ändern.

Lassen Sie uns nun einen zweiten schwarzen Körper einführen, der aus einem anderen Material besteht und vielleicht eine andere Form oder Größe hat, und ihn so platzieren, dass die beiden Öffnungen der schwarzen Körper in Kontakt sind, sodass jede Strahlung, die BB1 ​​verlässt, in BB2 eintritt und umgekehrt. Wenn Sie dieses System ausreichend lange verlassen, erreichen sie die gleiche Temperatur, sodass im Gleichgewicht genau so viel Leistung aus BB1 austritt und in BB2 eintritt wie umgekehrt.

Würde man nun aber einen Filter zwischen die beiden Öffnungen einbauen, der nur einen schmalen Wellenlängenbereich durchlässt, dann würde sich bei einem unterschiedlichen Strahlungsspektrum der beiden Öffnungen der eine Hohlraum aufheizen und der andere abkühlen. Aber wenn das passieren würde, wären sie nicht im thermischen Gleichgewicht und somit keine schwarzen Körper. Daher muss echte "Schwarzkörperstrahlung" ein universelles Spektrum haben, das nur von der Temperatur abhängt, nicht von Material, Form oder Größe des Schwarzkörpers.

Schwarzkörperstrahlung war eine der ersten experimentellen Beobachtungen, die die Theorie der Quantisierung und schließlich die Theorie der Quantenmechanik der Physik des Mikrokosmos aufzwang.

Es gibt keine klassischen Argumente, nur Plancks Intuition beim Versuch, beobachtete Spektren anzupassen.

Die in einem bestimmten Frequenzbereich emittierte Strahlungsmenge sollte proportional zur Anzahl der Moden in diesem Bereich sein. Das Beste der klassischen Physik legte nahe, dass alle Moden die gleiche Wahrscheinlichkeit hatten, erzeugt zu werden, und dass die Anzahl der Moden proportional zum Quadrat der Frequenz zunahm.

Aber der vorhergesagte kontinuierliche Anstieg der abgestrahlten Energie mit der Frequenz (als „Ultraviolett-Katastrophe“ bezeichnet) trat nicht ein. Die Natur wusste es besser.

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Die funktionale Form passte (ungefähr) zu den Daten, es ist eine Beobachtungstatsache. Die beste Anpassung an die bb-Kurve erfolgt durch die kosmische Mikrowellen- Hintergrundstrahlung. Die Passung der Sonne ist ungefähr. Im Allgemeinen müssen Emissionsgrad und Absorptionsgrad für reale Messungen berücksichtigt werden.