закономерностям световых лучей. Кирхгоф провел исследования химического состава солнечной атмосферы. По его результатам ученый пришел к выводу: для излучения одной и той же длины волны при одинаковой температуре отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности для всех тел одно [75]. Если температуру тела поднимать все выше, то появляются новые лучи с меньшей длиной волны, возникают новые лучи с длиной волны, соответствующие величине температуры. При этом интенсивность лучей с большими длинами волн растет. Отсюда следует, если температуру тел, постепенно повышать, то при одной и той же температуре они начинают испускать лучи одной длины волны [76]. Интенсивность лучей определенной длины волны, испускаемых различными телами при той же температуре, может быть различной; она пропорциональна поглощательной способности тел для лучей данной длины волны. Законы абсолютно черного тела устанавливают энергетическую зависимость излучения от частоты и температуры. Интегральная излучательная способность (энергетическая светимость) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры [20, с. 724]. Закон, получивший название Стефана – Болъцмана, записывается в виде [34, с. 692]:
u = kT4, (1.7)
где k = 5,67 ⋅ 10—8 вт/м2 ⋅ град4 – универсальная постоянная Стефана – Болъцмана.
Черное излучение эквивалентно излучению системы бесконечно большого числа не взаимодействующих друг с другом гармонических осцилляторов, называемых радиационными осцилляторами. Квантовая теория своим возникновением обязана неспособности классической теории объяснить результаты термодинамических экспериментов. Речь идет о распределения энергии в спектре испускания черных тел, которое, согласно закону Кирхгофа, не зависит от природы излучающего вещества. Лорд Рэлей (Д. У. Стретт) и Д. Х. Джинс применили к равновесному излучению в полости теорему статистической механики о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Записав энергию равновесного излучения в полости абсолютно черного тела в интервале частот спектра от ν до ν+dν, получили [20, с. 734] формулу:
uν = kТν2/π2с3, (2.7)
где с – скорость света в вакууме; ν – частота колебаний волн электромагнитных излучений.
В области больших частот теория приводит к расхождению с опытом. В экспериментах равновесие между излучением и излучающим телом устанавливается при конечных значениях uν [20, с. 736]. Интегральная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела с увеличением частоты достигает максимума энергии, в последующем происходит ее спад [34, с. 692]. По формуле Рэлея – Джинса (2.7) с увеличением частоты (ν) энергия uν монотонно возрастает. В случае ν → ∞, вместо конечных значений получаем бесконечную интегральную плотность энергии (uν → ∞). Это разногласие между теорией и опытом Эренфест П. С.