紫外灾变

紫外灾变(英語:ultraviolet catastrophe),也被稱為瑞利-金斯災變,指的是19世紀末/20世紀初,科學家面對黑體輻射問題,透過以古典物理學為背景之瑞利-金斯定律,來计算黑体辐射强度與能量間之關係,卻發現以古典物理學理論所計算之黑體輻射強度會隨辐射频率上昇,而趋向于放出无穷大之能量,其結果與实验数据无法吻合的歷史事件。

紫外災變這一名詞在1911年首次被保羅·埃倫費斯特使用,但其概念是源自於1900年所推導的瑞利-金斯定律

背景编辑

19世纪,由于冶金以及照明设备制造等的需要,人们急需找到黑体辐射强度和辐射频率的关系。1889年卢默德语Otto Lummer海因里希·鲁本斯通过研究空腔辐射得出了黑体辐射光谱的实验数据。但是,单使用实验数据找对应点的方法十分不便,于是,人们开始了寻找一般的公式。

1900年,瑞利根据经典统计力学推出了一个公式,1905年,金斯修正了瑞利辐射公式中的一个数值错误,以后,此公式被称为瑞利-金斯定律

瑞利-金斯公式:

 

其中, 为辐射的能量密度,k是玻尔兹曼常数,c为真空中的光速,T是热力学温度。可以看出, 在ν趋向于无穷大时趋向于无穷大,这于实验数据相违背。1911年,奥地利物理学家埃伦费斯特用“紫外灾变”来形容经典理论的困境。

开尔文在一次演讲中说道:“动力学理论断言,热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽,显得黯然失色了……(The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds)”其中的一朵“乌云”指的是能量均分定理,而瑞利-金斯公式的導引涉及到能量均分定理。[1]:9[2]

解决编辑

1900年,德国物理学者馬克斯·普朗克提出新公式以改进维恩定律(描述黑体辐射的另一公式),实际上解决了这一问题。

另见编辑

參考文献编辑

引用编辑

  1. ^ Kragh, Helge. Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century Reprint. Princeton University Press. 2002. ISBN 978-0691095523. 
  2. ^ Electromagnetic Waves in a Cubical Cavity. Hyperphysics. Georgia State university. 

来源编辑

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