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关于“紫外灾难”

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射,吸收率是100%的理想物体。真正的黑体并不存在,但是,一个表面开有一个小孔的空腔,则可以看作是一个近似的黑体。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败,这正是整个经典物理学的“灾难”。因此,开尔文将它比做经典物理学晴空中的一朵乌云是很恰当的,“紫外灾难”所引起的是物理学的一场大革命。

第二节 关于“紫外灾难”

开尔文所称的第二朵乌云与黑体辐射有关,即所谓的“紫外灾难”问题。

在同样的温度下,不同物体的发光亮度和颜色(波长)不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强,比如煤炭对电磁波的吸收率可达80%左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射,吸收率是100%的理想物体。真正的黑体并不存在,但是,一个表面开有一个小孔的空腔,则可以看作是一个近似的黑体。因为通过小孔进入空腔的辐射,在腔里经过多次反射和吸收以后,不会再从小孔透出。

19世纪末,卢梅尔等人的著名实验——黑体辐射实验,发现黑体辐射的能量不是连续的,它按波长的分布仅与黑体的温度有关。在经典物理学看来,这个实验的结果是不可思议的。

怎样解释黑体辐射的结果呢?当时,人们都从经典物理学出发寻找实验的规律。由于前提和出发点不正确,最后都导致了失败的结果。例如,德国物理学家维恩建立起黑体辐射能量按波长分布的公式,但这个公式只在波长比较短、温度比较低的时候才和实验事实符合。英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量,建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是,从瑞利金斯公式推出,在短波区(紫外光区)随着波长的变短,辐射强度可以无止境地增加,这和实验数据相差十万八千里,是根本不可能的。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败,这正是整个经典物理学的“灾难”。因此,开尔文将它比做经典物理学晴空中的一朵乌云是很恰当的,“紫外灾难”所引起的是物理学的一场大革命。

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