黑體輻射

黑體是一個理想化的物體：落在它身上的光與熱它全部吸收、什麼都不反射；而當它變熱時，又會發出屬於自己的光。黑體輻射（blackbody radiation）就是這道光。日常畫面：鍛鐵爐裡的一塊鐵，愈燒愈熱時會從暗紅變成橙色再變成黃白色。顏色其實在告訴你溫度，而這正是本主題要回答的問題：一個熱的物體會發出什麼樣的光，為什麼顏色會隨溫度改變？

精確地說，黑體發光光譜的形狀只取決於它的溫度，而與它由什麼材料構成無關。當溫度 T 升高時，發光的峰值會移向較短的波長（維因位移定律：峰值波長與 1/T 成正比），而輻射出的總功率增長得非常快（史蒂芬-波茲曼定律：單位面積功率 = sigma T^4）。古典物理曾預測在短波長端會帶有無限大的能量，也就是所謂的「紫外災變」，這顯然荒謬。1900 年普朗克（Max Planck）假設能量只能以一顆一顆大小為 E = h f 的小份額放出（f 是頻率，h 是普朗克常數），才化解了這個困境。這個假設就是量子時代的第一道裂縫。

為什麼重要：太陽、發亮的燈絲，甚至大霹靂殘留的餘暉（宇宙微波背景），都幾乎完全像黑體一樣輻射，所以這條曲線在天文學與熱物理中無所不在。誠實的提醒：完美黑體是一種理想化，真實表面略帶「灰色」，發出的光會稍少一些。即便如此，這個模型仍準確得驚人，而解開它正是量子理論啟動的起點。