黑体悖论：绝对黑体与相对黑体？？

　　黑体悖论：绝对黑体与相对黑体

　　王红旗（重构智因学研院资深学者）

　　检索百度：“黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射（当然黑体仍然要向外辐射）。显然自然界不存在真正的黑体，但许多地物是较好的黑体近似（在某些波段上）。”

　　我认为长期以来物理学对“黑体”的描述忽视了“黑体吸收光饱和”（简称“黑体光饱和”）因素，并把这种缺陷称之为“黑体悖论”。事实上，如果考虑到黑体光饱和因素，可以把黑体分为两种：其一是不存在黑体光饱和问题的黑体，可以称其为“绝对黑体”。对于“绝对黑体”来说，无论入射光（电磁波）的量有多少，它都能够全部吸收，既没有反射，也没有透射。这种情况下，如果不考虑“绝对黑体”受热辐射问题的话，这也就意味着“绝对黑体”实质是一种无限容量的光存储器。

　　其二是存在黑体光饱和问题的黑体，可以称其为“相对黑体”。对于“相对黑体”来说，只有当入射光的量在某个限度内，它才能够全部吸收，既没有反射，也没有透射；而当入射光的量超过某个量值时，它将反射超额部分的光，这时就意味着该“相对黑体”达到了黑体光饱和状态。例如，植物的绿色叶子（内含大量叶绿体）就是一种典型的“相对黑体”。

　　不同物体的黑体光饱和状态可能与入射光的波长有关，如果“相对黑体”对所有波长的入射光都产生黑体光饱和现象，那么该“相对黑体”将变成“黑而白体”。如果“相对黑体”只对某一波长（例如绿色）的入射光产生黑体光饱和现象，那么该“相对黑体”将变成该波长的“色体”（例如“黑而绿体”）。或许可以套用霍金所说的“黑洞不黑”，把黑体光饱和的“相对黑体”反光现象称之为“黑体不黑”。进一步说，我们通常所说的能够反光的物体，实际上乃是非常容易达到黑体光饱和状态的黑体，它们只要有一点点的入射光就能够进入到黑体光饱和状态。

　　关于黑体的其他性质，本文暂不评论。

　　基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff)，在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收的能量之比与物体本身物性无关，只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律，在一定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可叫作完全辐射体。

　　普朗克辐射定律（Planck）则给出了黑体辐射的具体谱分布，在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为：

　　B（λ，T)=2πhc2 /λ5 ?1/exp(hc/λRT)-1

　　B（λ，T）—黑体的光谱辐射亮度（W，m-2 ，Sr-1 ，μm-1）

　　λ—辐射波长（μm)

　　T—黑体绝对温度（K、T=t+273k)

　　C—光速（2.998×108 m?s-1）

　　h—普朗克常数， 6.626×10-34 J?S

　　K—波尔兹曼常数(Bolfzmann）， 1.380×10-23 J?K-1 基本物理常数

　　这意味着：在一定温度下，黑体的谱辐射亮度存在一个极值，这个极值的位置与温度有关，这就是维恩位移定律(Wien)。在任一波长处，高温黑体的谱辐射亮度绝对大于低温黑体的谱辐射亮度，不论这个波长是否是光谱最大辐射亮度处。

　　由于现实世界不存在这种理想的黑体，为了描述这种差异，对任一波长，定义发射率为该波长的一个微小波长间隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比。显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖于物质特性、环境因素及观测条件。如果发射率与波长无关，那么可把物体叫作灰体（grey body），否则叫选择性辐射体。

　　KX54－1800《黑体悖论：绝对黑体与相对黑体》140328

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　　本文收入八纮九野丛书《重构（王红旗）文集》之《重构2014进展》。