Каково происхождение излучения абсолютно черного тела? [дубликат]

Конечно, я знаю, что такое излучение черного тела , как и все, кто изучал тепловую или статистическую физику. Но недавно мне указали на одну вещь, которой редко учат (в том числе и меня), а именно механизм излучения.

Как возникает излучение черного тела на уровне частиц (что это за радиационный процесс)? Другими словами, откуда берутся фотоны?

Чтобы, возможно, немного уточнить, позаимствовав комментарий Кевина Дрисколла к ответу:

Суть вопроса в том, что существуют материалы, спектры излучения которых достаточно хорошо описываются спектром черного тела. И все же мы знаем, что на атомном уровне испускание фотонов вызывается некоторыми квантово-механическими переходами. Так как же такое лежащее в основе квантово-механическое описание приводит к спектру абсолютно черного тела при обычных температурах? Какова механика, которая заставляет свет поглощаться/излучаться на всех частотах, а не на дискретном наборе, который мы могли бы ожидать от электронных переходов в изолированных атомах?

С оговоркой от меня:

Это хорошее повторение, хотя я бы предостерег, что описание априори не обязательно должно быть квантово-механическим по своей природе - в классической электродинамике есть излучение.

Мне нравится этот тип вопросов, направленных на поиск основ, лежащих в основе общепринятых явлений. Личное замечание: сравнивая мысленно атом (как систему, излучающую/поглощающую ЭМ-кванты) с эквивалентной классической системой, я вижу, что последняя не имеет возможности высвобождать кинетическую энергию без потери компонентов, таких как испускание фотонов. По-видимому, материя может «охлаждаться» и перестраивать заряды на этих масштабах таким образом, который не объясняется КЭД, которая признает, что заряды испускают ЭМ-кванты, но пытается не вывести это из других, более фундаментальных предположений.
Хороший вопрос, который я задавал себе в прошлом и никогда не получал удовлетворительного ответа. Мне кажется, что конкретное вычисление того, как реальная модель приближается к термодинамическому пределу (в данном случае процессов поглощения/излучения), никому не кажется достаточно интересным.
Хотите объяснения по поводу теплового излучения?
Это может представлять интерес. Это удивительно интересная проблема — я сейчас работаю над чем-то в этом роде, хотя кто знает, получится ли из этого что-нибудь хорошее. копия @KevinDriscoll
У меня сложилось впечатление, что излучение черного тела создается не только электронными переходами на атомных орбиталях, но и взаимодействиями в кристаллической структуре, которая имеет значительно больше степеней свободы. Тепловые колебания многих атомов в решетке могут поглощать и излучать фотоны с любой энергией. Является ли это рассуждение ошибочным?
@mpv Какие кристаллы есть в солнечном недрах?
@RobJeffries Crystal был просто примером конденсированного вещества. Плазма по-прежнему является электромагнитно взаимодействующей средой. Ионы сталкиваются и рассеиваются, свободные электроны могут поглощать или излучать любой фотон посредством обычного электромагнитного взаимодействия. В плазме вы все еще не ограничены несколькими электронными переходами.
@mpv Действительно. Ваш оригинальный комментарий уместен в физике твердого тела.

Ответы (1)

Эта информация не содержится в излучении bb — все, что можно почерпнуть, — это площадь излучения и температура.

На практике излучение может возникнуть в результате любого процесса, в котором возможно образование фотона на этой частоте.

Конечно, чтобы действительно быть излучателем абсолютно черного тела, также должна быть 100% вероятность того, что фотон на этой частоте, падающий на объект, будет поглощен. Это условие гарантирует, что существуют соответствующие радиационные процессы, которые способны излучать и на этой частоте, поскольку существуют прямые пропорции (например) между коэффициентами Эйнштейна для поглощения и как вынужденного, так и спонтанного излучения (то же самое верно и для непрерывных процессов). .

Чтобы, возможно, утрировать, если вы постулируете гипотетический объект, который не способен излучать свет на некоторых частотах (например, двухуровневый атом с коэффициентом спонтанного излучения Эйнштейна, приближающимся к дельта-функции по частоте), вы, возможно, никогда не сможете сделать он достаточно толстый, чтобы поглощать на этих частотах, и он не может быть черным телом. Однако даже для такой системы существует крошечная вероятность поглощения на всех частотах из-за естественного или доплеровского уширения. Если бы вы сделали материал оптически толстым на всех частотах (то есть физически очень, очень толстым), то его выходной сигнал все равно был бы близок к абсолютно черному телу.

Следовательно, если вы хотите ответить вероятностно, то я бы сказал, что наиболее вероятным релевантным процессом излучения будет процесс, обратный любому процессу поглощения, который делает объект черного тела оптически толстым на этой частоте.

Так, например, видимое (почти) излучение черного тела из фотосферы Солнца, очевидно, имеет все оптические атомные и ионные (несколько молекулярных) переходы, а также свободно-свободное и свободно-связанное излучение, соответствующее непрозрачности, вносимой ионами (в основном ЧАС − , доминирующий источник непрозрачности в фотосфере).

Информацию не нужно кодировать в излучении, но фотоны наверняка откуда- то взялись . Вы говорите, что любой радиационный процесс вообще сделает это? Конечно, здесь должен работать один (или один класс, или какой-то, но не другой) процесс. Например, я почти уверен, что фотоны от источника со спектром ВВ не исходят от вынужденного излучения.
@KyleOman Конечно, вынужденное излучение играет роль в излучении bb, как бы вы предотвратили вынужденное излучение! В излучателе bb (или любом другом термодинамическом уравнении отношение излучения к поглощению (включая вынужденное излучение как отрицательное поглощение) равно функции Планка.
Вынужденное излучение для меня подразумевает линейчатые особенности в спектре, хотя, возможно, я ошибаюсь в этом. Но что более важно в контексте моего вопроса, либо фотоны производятся каким-то механизмом (механизмами) излучения, который из-за температуры BB приводит к знаменитому спектру, либо температура отпечатывается в излучении некоторыми процесс(ы) рассеивания. Какой механизм(ы) излучения или процесс(ы) рассеяния?
@KyleOman, ты далеко. Излучение BB представляет собой детальный баланс между всеми процессами излучения и поглощения. Рассеяние просто увеличивает эффективную оптическую толщину и повышает вероятность того, что объект будет поглощать все, что на него падает. Дальнейшее редактирование.
Я думаю, что этот ответ немного упускает суть. Конечно, поскольку мы занимаемся термодинамикой, детали процесса поглощения/излучения не должны иметь значения, потому что результат должен быть универсальным. Но это смотрит на вещи с неправильного направления для целей этого вопроса.
Суть вопроса в том, что существуют материалы, спектры излучения которых достаточно хорошо описываются спектром абсолютно черного тела. И все же мы знаем, что на атомном уровне испускание фотонов вызывается некоторыми квантово-механическими переходами. Так как же такое лежащее в основе квантово-механическое описание приводит к спектру абсолютно черного тела при обычных температурах? Какова механика, которая заставляет свет поглощаться/излучаться на всех частотах, а не на дискретном наборе, который мы могли бы ожидать от электронных переходов в изолированных атомах?
@KevinDriscoll, это хорошее повторение, хотя я бы предупредил, что описание априори не обязательно должно быть квантово-механическим по своей природе - в классической электродинамике есть излучение.
@KevinDriscoll (гипотетический) материал с коэффициентом излучения, состоящим из дельта-функций на различных частотах , не может быть черным телом, потому что он был бы прозрачным вне этих частот. На практике всегда существует некоторая вероятность излучения на всех частотах; для bb вам просто нужно сделать так, чтобы он был (оптически) достаточно толстым, чтобы быть в экв.
Каково происхождение излучения абсолютно черного тела? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v