紫外災變

紫外災變,同樣也被稱為瑞利-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,透過以經典物理學為背景之瑞利-金斯定律,來計算黑體輻射強度與能量間之關係,卻發現以經典物理學理論所計算之黑體輻射強度會隨輻射頻率上升,而趨向於放出無窮大之能量,其結果與實驗數據無法吻合的歷史事件。

紫外災變這名詞在1911第一次被保羅·埃倫費斯特給使用,但其概念是源自於1900年所推導的瑞利-金斯定律

基本介紹

  • 中文名:紫外災變
  • 外文名:Ultraviolet catastrophe
  • 領域:量子力學
簡介,背景,形成,影響,

簡介

紫外災變,同樣也被稱為瑞利-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,透過以經典物理學為背景之瑞利-金斯定律,來計算黑體輻射強度與能量間之關係,卻發現以經典物理學理論所計算之黑體輻射強度會隨輻射頻率上升,而趨向於放出無窮大之能量,其結果與實驗數據無法吻合的歷史事件。
紫外災變這名詞在1911第一次被保羅·埃倫費斯特給使用,但其概念是源自於1900年所推導的瑞利-金斯定律

背景

19世紀,由於冶金以及照明設備製造等的需要,人們急需找到黑體輻射強度和輻射頻率的關係。1889年盧默與魯本斯通過研究空腔輻射得出了黑體輻射光譜的實驗數據。但是,單使用實驗數據找對應點的方法十分不便,於是,人們開始了尋找一般的公式。

形成

1900年,瑞利根據經典統計力學推出了一個公式,1905年,金斯修正了瑞利輻射公式中的一個數值錯誤,以後,此公式被稱為瑞利-金斯定律
瑞利-金斯公式:
其中,
為輻射的能量密度,k是玻爾茲曼常數,c為真空中的光速,T是熱力學溫度。 可以看出,
在ν趨向於無窮大時趨向於無窮大,這與實驗數據相違背。1911年,奧地利物理學家埃倫費斯特用“紫外災變”來形容經典理論的困境。

影響

開爾文在一次演講中說道:“動力學理論斷言,熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽,顯得黯然失色了……(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“烏雲”便指的是黑體輻射問題。關於黑體輻射強度的計算有另外一條在短波中適用的維恩近似公式。

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