2黑體輻射疑難
黑體輻射
第一個問題是黑體輻射的規律。
物體加熱到高溫時，就會發光，隨著溫度的升高，發光的顏色也不斷變化，開始時是紅光，然後逐漸變黃、變綠、變藍、變白。實際上物體表麵總是在不斷地吸收接收到的電磁輻射，同時又不斷地向外發射電磁輻射。物體表麵吸收電磁輻射的能力和發射電磁輻射的能力成正比，吸收能力最強的物體發射能力也最強。光是一種電磁波，熱輻射也是一種電磁波，但它和光不同，它不能被直接看到。黑色的物體對各種顏色的光都不反射、都吸收，對熱輻射也是都不反射、都吸收。電磁輻射包括的範圍很廣，波長長的是通常的無線電長波、中波、短波、超短波、微波，波長再短的是紅外線，即熱輻射，然後是可見光：紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，接著又是不可見的紫外線，波長更短的是X射線，然後是伽瑪射線（見圖2-1）。如果某物體對所有各種波長的電磁輻射都完全不反射、都完全吸收，就稱為“絕對黑體”。絕對黑體是吸收電磁輻射能力最強的物體，也就是發射電磁輻射能力最強的物體。當然，實際存在的物體中沒有一個是絕對黑體，有些黑色的物體看起來比較接近黑體，但和嚴格意義下的絕對黑體仍然有相當的距離。人們發現，如果有一個有小窗口的黑色內壁閉合空腔，一束電磁輻射從小窗口射進去後，就很難經過在腔內通過多次反射再穿過小窗口射出來。因此，這個閉合空腔的小窗就可以近似地看作是一個絕對黑體的表麵.
紫外災難
研究具有一定溫度的黑體發射電磁輻射的規律，發射的電磁輻射包括的波長從很長到相當短的都有，輻射能量隨輻射的頻率形成一定的分布。如果黑體的溫度很低，發射的電磁輻射主要是頻率較低的，即波長較長的電磁輻射。如果黑體的溫度較高，發射的電磁輻射主要是頻率較高的，即波長較短的電磁輻射。1893年德國物理學家維恩（Wil-helmWien）發現輻射能量最大的頻率值正比於黑體的絕對溫度，並給出輻射能量對頻率的分布公式，這個公式在大部分頻率範圍內都與實驗符合得很好，隻在頻率很小時與實驗符合得不好（見圖2-2）。既然黑體輻射討論的是電磁波的發射問題，電磁學中已經知道，帶電粒子或電流作簡諧振動時就將輻射電磁波，黑體輻射問題就應該可以在電磁學的理論基礎上討論解決。1899年，英國物理學家瑞利（ThirdBaronRayleign）和天體物理學家金斯（JamesHopwoodJeans）在電動力學和統計物理學的基礎上從理論上又普遍導出一個輻射能量對頻率的分布公式。在這個公式中，當輻射的頻率趨於無窮大時，輻射的能量是發散的。實際上，這個公式在頻率小時與實驗符合得很好，但在頻率大時與實驗嚴重不符合（見圖2-2），在這裏，經典物理學理論碰到了嚴重的困難。由於頻率很大的輻射處在紫外線波段，故而這個困難被稱為“紫外災難”。