主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

很久以来，陶瓷工人们就熟知当物件被加热到相同的温度时，会发出相同颜色的光。1859年，德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫（Gustov Kirchhoff：1824～1887）时年34岁，他在海德堡大学（Heidelberg University）任教期间，开始着手研究这一现象。为了简化分析过程，基尔霍夫构思了一个能够完全吸收和释放辐射的理想状态物体，也就是“黑体”的概念。他这个设定非常巧妙，因为一个能够完全吸收辐射的物体，不会反射出任何光线，所以看上去是黑色的。但是，一个完全释放辐射的物体只要被加热到能够释放出可见光时，其颜色可以是除了黑色以外的任意一种颜色。

基尔霍夫所假想的黑体是一个简单的中空物体，在其外壁上存在一个小孔，可见光或不可见光辐射可以通过小孔进入黑体内部，实质上小孔就是这个所谓“黑体”的关键所在。在黑体内腔，光线在内壁上被反复反射，直至完全被吸收。另外，该黑体的外壁应该是绝热的，当其被加热时，内壁释放出光线，充满黑体整个内部空间。

开始的时候，内壁就像一个烧红的拨火棍一样，呈现为樱桃红色，但实质上呢？这个时候，真正释放的能量主要是红外辐射。接着，当温度继续上升时，内壁变为蓝白色，辐射波长将覆盖红外线到紫外线整个光谱范围。这时，小孔就成为一个完美的辐射释放体，任何通过该小孔释放出来的辐射就是黑体内腔在该温度的辐射样本。

基尔霍夫利用数学分析了陶瓷工人们在陶瓷窑中观测到的辐射现象。根据基尔霍夫定理的描述，黑体内腔的辐射频段和强度与黑体的构成材料无关，也与其形状和尺寸等其它因素无关，而仅仅取决于温度。就这样，基尔霍夫非常巧妙地将拨火棍问题简而化之---在某一特定温度时，黑体所释放的辐射光谱的频段与其强度之间有什么关系？在该温度，黑体所辐射的能量为多少？这就是著名的“黑体问题（Blackbody Problem）”。为了找到这个问题的答案，有大量的工作等待着基尔霍夫和他的同事们去完成，包括测定黑体辐射从红外线到紫外线各个波长上的能量大小和频率范围，以及推导出温度与能量之间的关系式。

这一假想的黑体实际上是不存在的，尽管基尔霍夫无法通过做实验来推进自己的研究，但他却给物理学家们指出了一条正确的道路。他所假定的黑体的物理特性与其构成材料无关，也就意味着用以描述其特性的数学公式只应该包含两个变量，即：黑体的温度和其所释放的辐射的波长。因为过去大家认为光是一种波，所以想区分出不同的颜色和色调，只需要知道其波长，也就是两个波峰或者波谷之间的距离。波的频率被定义为一秒之内，经过任一个固定点的波峰或者波谷的数目，因此频率是与波长成反比的。波长越长，则频率越低，反之亦然。但是，还有另外一种等效方法可以测定波的频率，也就是一秒之内，波上下起伏（波动）的次数。

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要想构建一个真实的黑体，存在很多技术上的难以克服的问题，另外当时也没有能够足够精密测定辐射能量的仪器，导致物理学家们在其后四十年之内举步维艰。这种停滞一直持续到十九世纪八十年代，当时德国公司想研制一种更加高效的电灯泡，以击败他们的英美竞争者。而想实现这一目标，有一个前提条件，就是需要测定黑体的光谱，并找到基尔霍夫虚构出的方程式。

在电器工业迅猛发展的年代，人们创造了一系列新发明，包括电灯，发电机，电动马达，电报等，而这一长长的发明列表上最后一个就是白炽灯。随着这些新发明不断涌现出来，人们普遍而迫切地感到有必要设定一套电学单位和标准。

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