紫外災難

紫外災難，是指用於計算黑體輻射強度的瑞利－金斯定律在輻射頻率趨向於無窮大時計算結果和實驗數據無法吻合的物理史事件。

基本介紹

• 中文名：紫外災難
• 外文名：Ultra-violet catastrophe
• 別稱：瑞利-金斯災變
• 提出時間：1911年
• 提出者：保羅·埃倫費斯特
• 學科：量子力學

概念

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，w在ν趨向於無窮大時趨向於無窮大，這於實驗數據相違背。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

1900年的4月27日，開爾文在英國倫敦阿爾伯馬爾街的皇家研究所舉行了一個報告會。開爾文勳爵（開爾文本名湯姆遜）曾言：“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（另一朵指的是以太漂移實驗）。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公式，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，並為了解釋這個半經驗公式的準確性提出了能量量子化假設。

黑體輻射所展現出的問題，也就是著名的麥克斯韋－玻爾茲曼能量均分學說，最終導致了量子論革命的爆發。這也是二十世紀，物理學跳躍式的進步。