四、黑體輻射

　　按照1900年以前人們的認識，光是一種波。然而，按照這一認識就無法解釋在熱力學中出現的黑體輻射現象。那麼什麼是黑體輻射？爲了說明黑體輻射，下面先作幾點說明。

　　(一)光波的頻率與能量

　　頻率是一個物體在單位時間內振動的次數。例如，如果一個籃球一秒鍾彈跳一次就被稱爲1赫茲，你每秒鍾可以打出3個字，就是3赫茲。在波的現象中，一秒鍾波在一個點處振動的次數就被稱爲這個波的赫茲數。

　　例如，當你用了比較小的力量去抖動繩子，這時繩子在一秒鍾內只會振蕩出一個繩波，這時就稱其頻率爲1赫茲。由于其能量很低，因此這個繩波的振幅會較高，波長較長。假設你用力抖動，繩子就會在一秒內出現叁個繩波(見圖1-9)，這時就稱其頻率爲3赫茲。這時的繩波就變得振幅較低，波長較短。因此，對于波來說，頻率越高，其所攜帶的能量就越大。

　　圖1-9 當用力抖動繩子，就會在一秒內出現叁個繩波

　　圖1-10 叁種顔色的激光對于光波所攜帶的能量也是如此情況，光波在一秒鍾振動(如同繩子的抖動)的次數越多，其所攜帶的能量就越大。因此測量光具有的能量就是計算其在一秒鍾內振動的次數。例如，圖1-10中，紅光、綠光、藍紫光在一秒鍾內振動次數是不同的，其所攜帶的能量就不同。

　　例如，激光電筒發射出的紅色光(燒熱的鐵也發出同樣的紅光)，每秒中振動(抖動)的次數是400×10-12，這被稱爲400太赫茲，縮寫爲THz。頻率爲1THz的電磁波波長爲0.3毫米，紅光波的波長是620nm(納米)。綠色光波振動的頻率是526THz，波長是495nm。紫色光波的振動頻率是668THz，波長是380nm。

　　上面是我們用肉眼可以見到的光。比紅光更低頻率的光叫做紅外線，每秒鍾振動頻率低于400 THz。頻率更低，波長更長的還有無線電波，其波長大于一米，而有的無線電波波長像山一樣大。每秒鍾振動的次數高于789 THz的光，就是紫外線。比紫外線頻率更高的還有x射線、γ射線，這是攜帶更高能量的電磁波。那麼什麼是紅外線和紫外線呢？

　　首先，牛頓利用棱鏡將太陽光分散成爲“紅橙黃綠藍靛紫”等光譜(見圖1-11)。這被稱爲可見光譜。通過牛頓的貢獻，人們明白了白光是由許多種顔色的光組成的。

　　圖1-11 當一束陽光穿過棱鏡，就會分出七種色彩的光其次，在二百多年前，威廉·赫歇爾在可見太陽光譜的紅色光外端放置了一個溫度計，發現溫度上升了，這就證明在紅色光外端也存在能量輻射，因此就把這一類外端的輻射稱爲“紅外線”。例如，熱水杯和不發光的熱鐵針發射出的都是紅外線。幾年後，德國化學家約翰·裏特爾將一張浸滿氯化銀的紙片放置在可見太陽光譜的藍色端之外，他發現紙片的顔色變深了。這就證明，在光譜藍光之外同樣存在著輻射能量。因此，將這一類外端的輻射稱爲紫外線。例如在炎熱的夏天，你雖然看不到紫外線，但它對我們皮膚造成的傷害(皮膚紅腫)卻是可見的。光譜見圖1-12。

　　圖1-12 光譜從圖1-12中我們可以看到，可見光譜只占總輻射電磁波譜的很狹小的一部分。在光譜中，從右向左，光波的頻率越來越高，而其波長越來越短。