黒体放射と輝線スペクトル

原子が出す光については核の周りの電子が内側の（低エネルギーの）軌道に移動するとき、その
エネルギー差に相当する波長の光が出るという説明で、それなりに納得できます。
では、黒体放射の連続スペクトルは、原子や分子のどこからどのように出てくるのでしょうか？ヘリウムや水素分子（H2)などの小さな原子や分子も温度に応じていろいろな波長の電磁波を出していると思うのですが、その電磁波は電子から出てくるのでしょうか、核から出てくるのでしょうか？どうして「連続」スペクトルになるのでしょうか？

No.2 回答者： ibm_111 回答日時： 2014/08/16 22:36

No.1さんの説明はその通りなのですが、

質問者さんはもっとミクロに何が起きてるのか知りたいということでしょう。

私も興味があったので調べてみました。
http://homepage2.nifty.com/eman/statistic/blackb …
キルヒホッフの法則というのがあるらしいです。
その証明：
http://fnorio.com/0090Kirchhoff%27s_law_of_radia …
要は、通常の物質（完全反射せず完全吸収もしない）であれば、
吸収率と放出率の比は材料に依存しないということですね。

EMAN氏によると、

これは、吸収したエネルギーをすぐさまそっくりそのまま反射するという意味ではない。 　ある周波数の電磁波から受け取ったエネルギーを、 別の周波数の電磁波に変えて放出しているかも知れないだろう。この議論は原子の内部構造がまだほとんど分かっていなかった頃に行われたものであって、 放射の詳しい機構にまで踏み込んではいないことに気をつけよう。
・・・（中略）・・・
これは、ある周波数の電磁波を吸収しやすい材質は、同じ周波数の電磁波を放出しやすい材質でもあるということだ。これが熱平衡時に材質に関係なく同じスペクトルが実現する秘密である。物質が電磁波を放出する機構と吸収する機構は共通しているということを暗示しているようでもある。
（引用終わり）

つまり、入射電磁波と反射電磁波の波長が変わっていればいい訳です。
言い換えると、壁を構成する原子と光子の非弾性散乱の正体は何か？ということになります。
wikiの「光散乱」によると、
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E6%95%A3 …
・コンプトン散乱（電子による短波長光の非弾性散乱）
・ブリュアン散乱（音波や音響フォノンによる非弾性散乱）
・ラマン散乱
などがあるそうなので、
このへんの非弾性散乱が効いて黒体放射が生成されるのではないかと思いますが、
いかがでしょうか？

この回答へのお礼

ありがとうございます。wikiの光散乱の項、とても参考になりました。
といっても説明が難しくまだ理解したとはいえないのですが、
黒体から連続スペクトルが出てきそうな気はしてきました。
ありがとうございました。

お礼日時：2014/08/18 02:34

No.1 回答者： doc_somday 回答日時： 2014/08/16 18:30

黒体輻射は「温度」そのものなので装置の材料がなんであろうと全く変わりません、遷移とは無関係です。

すでに「状態量」を習われたと思いますが、温度も状態量だと思って下さい。

>原子や分子のどこからどのように出てくるのでしょうか
統計力学的なものなので「ミクロ」の原理原則とは無関係です。黒体輻射の定義を厳密に読むと分りますが普通書いてありません。

>ヘリウムや水素分子（H2)などの小さな原子や分子も温度に応じていろいろな波長の電磁波を出していると思うのですが、その電磁波は電子から出てくるのでしょうか

理解が混乱しています。
原子や分子は温度とは無関係で、分子が崩壊する「温度」はたしかにありますが結合エネルギーのみに依存します、もちろん量子論と整合していますが、図が無いと説明不能です。
原子の「マクロでない」温度は「強い力」「弱い力」に相当する「温度」にのみ依存しクォーク(グルーオン)の世界です。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。たしかにいろいろと理解が混乱していたようです。というより、よくわかってないようです。「黒体輻射は「温度」そのもの」というのも実は私にはわかりません。ある運動エネルギーをもって飛びまわっている原子から、どのようにして（どんな波長であれ）電磁波がでるのでしょうか？
とにかく、簡単にわかった気にならないもでしっかり基礎的なところを勉強しないといけないなと反省しました。

お礼日時：2014/08/16 20:14