نظريه تابش گرمايي

نظريه تابش گرمايي
هرگاه سيستمي از جسم هاي تابش كننده و جذب كننده بسته باشد در اينصورت گاز فوتوني « گازي كه جسم ها به ياري آن انرژي تبادل مي كنند » بايد با اتم هاي تامين كننده فوتون ها در تعادل باشد. تعداد فوتون ها با انرژي hv به اين بستگي دارد كه چند اتم در سطح E1 و چند تا در سطح E2 قرار دارند؟. در مورد تعادل اين عددها بدون تغيير باقي مي مانند. به هر حال از آنجا كه روندهاي تحريك و تابش در همان زمان روي مي دهند. تعادل ماهيت ديناميك دارد. اتم ها يا سيستم اتمي به طريقي ( با برخورد با ذره ها يا بر اثر جذب يك فوتون از خارج ) به سطح بالاتري ارتقا مي يابند. سيستم تا مدت تا حدي نامعين ( معمولا كسري از يك ثانيه ) در حالت تحريك شده پافشاري مي كندو سپس به سطح پايين تري بر مي گردد. اين روند را تابش خودبخودي مي خوانند. اتم همانند توپ كوچكي رفتار مي كند كه بر روي قله نوك تيزي با برجستگي ها و فرورفتگي هاي پيچيده قرار دارد. كمترين نسيم كافي است تا تعادل را بر هم زند. توپ رو به پايين دره معمولا پايين ترين نقطه غلت مي خورد و در اين صورت تنها تاثير نيرومندي مي تواند دوباره آن را در بياورد ما مي گوييم كه اتم در پايين ترين سطح افتاده است و در حالت پايداري است.

ولي در اينجا بايد توجه كنيم كه بين قله و پست ترين بخش هاي دره حالت هاي بينابيني نيز وجود دارد. ممكن است توپ در فرورفتگي ناچيزي در حال سكون باشد كه مي توان آن را به ياري به اصطلاح دمي از هوا و با حداقل فشار كمي از مخمصه نجات داد.اين حالت ناپايدار تزلزل پذير است. بدين ترتيب در كنار حالت پايدار و تحريك شده نوع سومي از سطح انرژي - نوع تزلزل پذيري - وجود دارد. خلاصه كنيم در اينصورت انتقال در هر دو جهت روي خواهد داد. ابتدا يك اتم و سپس اتم ديگري به سطح انرژي بالاتري حركت خواهد كرد.

در لحظه بعدي آن ها به سطح پايين تر سقوط خواهد كرد و نور خارج مي كنند ولي در همان زمان ويژه اتم هاي ديگري انرژي دريافت خواهد كرد و به سطح هاي بالاتر ارتقا خواهند يافت.

قانون بقاي انرژي ملزم مي كند كه تعداد انتقال به بالا با تعداد انتقال به پايين برابري مي كند. تعداد انتقال به بالا به چه چيزي بستگي دارد؟

دو عامل : نخست تعداد اتم ها در طبقه پايين تر و دوم تعداد ضربه ها يا برخورد كه آن ها را به طبقه بالاتر ارتقا مي دهد از تعداد رو به پايين چه ؟

البته آن با تعداد اتم هاي واقع در طبقه بالاتر تعيين مي شود و به نظر خواهد رسيد كه مستقل از هر عامل ديگري است. اين دقيقا همان چيزي است كه فيزيكدانان در ابتدا تصور مي كردند و با اين حال تكه ها با هم جور در نمي آمدند. تعداد انتقال هاي بالا كه به دو عامل بستگي دارد با مقايسه تعداد انتقال هاي رو به پايين كه تنها به يك عامل بستگي دارد با افزايش دما بسيار تندتر افزايش مي يافت . معلوم شد كه اين مدل چنين آشكاري هيچ و پوچ است. دير يا زود همه اتم ها به بالاترين سطح رانده مي شدند. سيستم در حالت ناپايداري بدون هيچ تابشي مي بود.

دقيقا همين نتيجه گيري غير ممكن بود كه انيشتين در سال 1926 از ميان استدلال هاي پيشينيان خود دست چين كرد. ظاهرا تاثير « نفوذ » ديگري وجود داشت كه بر انتقال اتم ها از طبقه بالاتر به طبقه پايين تر اثر مي گذاشت. هر كس تنها مي توانست نتيجه بگيرد كه علاوه بر انتقال خودبخودي انتقال اجباري به سطح پايين تر وجود داشت.

به اصطلاح تابش ( اميسيون ) تحريك شده چيست؟ به طور خلاصه اين است سيستمي در سطح پايين تر است آن با تفاوتE2-E1=hv از سطح پايين تر جدا شده است. اينك هرگاه فوتوني با انرژي hv بر روي سطح بيفتد در اينصورت سيستم را وادار مي كند تا به سطح پايين تري حركت كند. اين فوتون افتاده در طول روند جذب نمي شود ولي به حركت خود ادامه مي دهد در حالي كه با فوتون تازه اي دقيقا از همان نوع كه توسط فوتون نخست ايجاد شده است همراهي مي شود. در اين استدلال دنبال هيچ منطقي نباشيد. آن استدلال اشراقي حدس بود و قرار بود آزمايش درست يا نادرست بودن آن را اثبات كند

با استفاده از فرض خروج ( تابش ) تحريك شده ما قادريم فرومولي كمي اتخاذ كنيم كه نمودار تابش را به صورت تابعي از طول موج جسم گرم شده نمايان مي سازد. تئوري ثابت كرد كه توافق نماياني با آزمايش دارد و بدين ترتيب فرضيه را محق جلوه داد.