紫外災(zāi)難，是指瑞利-金斯公式在長波范圍內(nèi)與黑體輻射的實驗曲線非常吻合，但是在短波范圍內(nèi)卻單調(diào)上升，經(jīng)典理論的預(yù)測與實驗結(jié)果嚴重不符的物理事件。
1900年，馬克斯·普朗克首次提出量子概念，用來解決困惑物理界的“紫外災(zāi)難”問題，并沒有這回事。瑞利在1900年得到黑體輻射譜的?λ-4?關(guān)系。金斯和瑞利在1905年推導(dǎo)了完整的輻射譜瑞利—金斯公式，存在紫外困難，但最先使用“紫外災(zāi)難”一詞的是艾倫費斯特，在1911年。
背景
19世紀，由于冶金以及照明設(shè)備制造等的需要，人們急需找到黑體輻射強度和輻射頻率的關(guān)系。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(shù)據(jù)。但是，單使用實驗數(shù)據(jù)找對應(yīng)點的方法十分不便，于是，人們開始了尋找一般的公式。
形成
1900年，瑞利根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)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(shù)值錯誤，以后，此公式被稱為瑞利－金斯公式（如圖）。
其中， 為輻射的能量密度，k是路德維希·玻爾茲曼常數(shù)，c為真空中的光速，T是熱力學(xué)溫度。可以看出，w在ν趨向于無窮大時趨向于無窮大，這于實驗數(shù)據(jù)相違背。 1911年，奧地利物理學(xué)家保羅·埃倫費斯特用“紫外災(zāi)難”來形容經(jīng)典理論的困境。
社會影響
開爾文在一次演講中說道：“動力學(xué)理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現(xiàn)在這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽，顯得黯然失色了……（The beauty and clearness of the dynamical theory， which asserts 熱學(xué) and light to be modes of motion， is at present obscured by two clouds）”其中的一朵“烏云”便指的是黑體輻射問題。關(guān)于黑體輻射強度的計算有另外一條在短波中適用的威廉·維恩公式，馬克斯·普朗克使用插值法將兩個公式化成了一條公式也即普朗克公式，并為了解釋這個半實驗式的準確性提出了能量量子化假設(shè)。
參考資料 >
愛因斯坦對量子假說的初步探索.微信公眾平臺.2024-03-13
1900:物理學(xué)界的大災(zāi)難.微信公眾平臺.2024-03-13
關(guān)于量子力學(xué)的基本原理 |《物理》50年精選文章.微信公眾平臺.2024-03-13