Βρισκόμαστε στις αρχές του 1900. Ο κόσμος της Φυσικής είναι αρκετά διαφορετικός απ’ ότι σήμερα.
Οι επιστήμονες γνωρίζουν την ύπαρξη του ατόμου που είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Έχουν ανακαλύψει το ηλεκτρόνιο, που έχει αρνητικό φορτίο και βρίσκεται μέσα στο άτομο. Και έχει προταθεί από τον J.J.Thomson το πρότυπο του σταφιδόψωμου για το άτομο.
Το άτομο έχει σχήμα σφαιρικό. Στην επιφάνεια του βρίσκεται ομοιόμορφα κατανεμημένο θετικό φορτίο, ενώ στο εσωτερικό του κινούνται ηλεκτρόνια. Εμφανίζεται ηλεκτρικά ουδέτερο, οπότε το συνολικό φορτίο των ηλεκτρονίων και των θετικών φορτίων είναι ίσα.
Να σημειωθεί ότι το πρωτόνιο δεν είχε, ακόμα, ανακαλυφθεί!
Η ύλη αποτελείται από άτομα (όπως ορίστηκαν πιο πάνω). Τα άτομα, δεν μένουν ακίνητα αλλά εκτελούν τυχαίες μικρές ταλαντώσεις (θερμική κίνηση). Αυτές οι στοιχειώδεις ταλαντώσεις αναγνωρίζονται από εμάς ως θερμοκρασία. Όταν όλα τα άτομα εκτελούν την ίδια, περίπου, ταλάντωση, τότε το σώμα βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία – έχει σε όλη του την έκταση την ίδια θερμοκρασία.
Τί είναι το φως;
Το φως είναι Η/Μ ακτινοβολία (Η/Μ Κύμα). Ο Young πραγματοποιώντας πειράματα συμβολής απόδειξε ότι το φως είναι κύμα, ενώ το Maxwell με τις ομόνυμες εξισώσεις του μας έδωσε και τη μορφή του.
Πώς γίνεται ένα σώμα να έχει χρώμα κόκκινο;
Κάθε σώμα δέχεται το φως του Ήλιου, που περιέχει όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Το σώμα εμφανίζεται κόκκινο γιατί απορροφά όλα τα χρώματα εκτός από το κόκκινο.
Το ίδιο συμβαίνει και για τα υπόλοιπα χρώματα και τους συνδυασμούς τους.
Πώς γίνεται ένα σώμα να έχει χρώμα λευκό;
Το λευκό είναι ο συνδυασμός όλων των χρωμάτων. Άρα, ένα σώμα λευκού χρώματος δεν απορροφά κανένα χρώμα.
Πώς γίνεται ένα σώμα να έχει χρώμα μαύρο;
Το μαύρο είναι η απουσία χρώματος. Άρα, ένα σώμα μαύρου χρώματος απορροφά όλα τα χρώματα.
Είδαμε ότι ένα σώμα μαύρου χρώματος απορροφά όλα τα χρώματα. Υπάρχει σώμα που να απορροφά όλη την Η/Μ ακτινοβολία που προσπίπτει σε αυτό;
Ναι και λέγεται Μέλαν Σώμα.
Είναι μια γενίκευση του μαύρου σώματος. Ένα μαύρο σώμα απορροφά όλα τα χρώματα, ενώ ένα Μελανό Σώμα απορροφά όλες τις ακτινοβολίες!
Πού πηγαίνει το απορροφούμενο φως;
Όταν φως, ή γενικότερα Η/Μ ακτινοβολία, προσπίπτει σε ένα σώμα, τότε ένα μέρος της ανακλάται, ένα διαθλάται και ένα απορροφάται. Αυτό που απορροφάται, αυξάνει το πλάτος της ταλάντωσης των ατόμων του σώματος – δηλαδή αυξάνει τη θερμοκρασία του.
Ένα Μέλαν Σώμα απορροφά ακτινοβολία και αυξάνει τη θερμοκρασία του.
Μπορεί να συμβεί και το αντίθετο; Δηλαδή, αν αυξήσουμε τη θερμοκρασία του, θα εκπέμψει ακτινοβολία;
Η απάντηση είναι καταφατική.
Με αυτό το φαινόμενο ασχολήθηκαν οι Φυσικοί στα τέλη του 1800 – αρχές του 1900. Μάλιστα το ονόμασαν Ακτινοβολία Μελανού Σώματος.
Είναι προφανές, ότι ένα σώμα που απορροφά όλες τις συχνότητες του Η/Μ φάσματος, θα εκπέμπει και όλες τις συχνότητες του Η/Μ φάσματος. Πράγματι, μια σειρά πειραμάτων απέδειξε το αληθές αυτής της πρότασης αλλά δημιούργησε ένα σημαντικό πρόβλημα.
Ποιό ήταν το πρόβλημα;
Η μορφή της καμπύλης δε συμφωνούσε με τη θεωρία. Σύμφωνα με τη Φυσική που ίσχυε μέχρι τότε (Κλασσική Φυσική), τα σώματα δεν έπρεπε να εκπέμπουν ακτινοβολία στο υπεριώδες – κάτι που δεν συμφωνούσε με το πείραμα. Η διαπίστωση αυτή ήταν τόσο δραματική, που ονομάστηκε Υπεριώδης Καταστροφή!
Οι Rayleigh και Jeans χρησιμοποιώντας τους νόμους της κλασσικής Φυσικής προσπάθησαν να βρουν την εξίσωση της καμπύλης των πειραματικών αποτελεσμάτων.