紫外災變

紫外災變（英語：ultraviolet catastrophe），也被稱為瑞立-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，透過以古典物理學為背景之瑞立-金斯定律，來計算黑體輻射強度與能量之間關係，卻發現以古典物理學理論所計算之黑體輻射強度會隨輻射頻率上昇，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。

紫外災變這一名詞在1911年首次被保羅·埃倫費斯特使用，但其概念是源自於1900年所推導的瑞立-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（德語：Otto Lummer）與海因里希·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。

1900年，瑞立根據古典統計力學推出了一個公式，1905年，金斯修正了瑞立輻射公式中的一個數值錯誤，以後，此公式被稱為瑞立-金斯定律。

瑞立－金斯公式：

w(\nu ,T)dv={\frac {8\pi \nu ^{2}}{c^{3}}}kTdv

其中， $w(\nu ,T)$ 為輻射的能量密度，k是波茲曼常數，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」來形容古典理論的困境。

克耳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」指的是能量均分定理，而瑞立－金斯公式的導引涉及到能量均分定理。^[1]^:9^[2]

解決

1900年，德國物理學者馬克斯·普朗克提出新公式以改進維因定律（描述黑體輻射的另一公式），實際上解決了這一問題。

另見

真空災變

參考文獻

引用

^ Kragh, Helge. Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century Reprint. Princeton University Press. 2002. ISBN 978-0691095523.
^ Electromagnetic Waves in a Cubical Cavity. Hyperphysics. Georgia State university. [2021-04-11]. （原始內容存檔於2021-04-21）.

來源

書籍

《中國大百科全書·物理卷》
曹天元. 第二章“乌云”. 上帝掷骰子吗？. 新浪讀書. [2006-08-08]. （原始內容存檔於2008-07-04）（中文（中國大陸））.

[Kragh2002-1] Kragh, Helge. Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century Reprint. Princeton University Press. 2002. ISBN 978-0691095523.

[2] Electromagnetic Waves in a Cubical Cavity. Hyperphysics. Georgia State university. [2021-04-11]. （原始內容存檔於2021-04-21）.

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