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周法哲的博客

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做过工,开过荒,教过书,扛过枪,当过干部仍在党,现任公司董事长。业余以探索天地人和谐之道为乐!

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(原创)百年前的紫外灾难(图)  

2008-03-23 00:53:47|  分类: 科学的皇后 |  标签: |举报 |字号 订阅

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19世纪末,经典物理学已发展到相当完善的地步。牛顿力学、麦克斯韦电磁理论、热力学和统计物理学等已能够解释宏观世界中的各类物理现象,物理学领域看上去一派阳光灿烂、晴空万里的景象。

但是,任何科学理论都不是万能的。随着人们探索范围的扩大,经典物理学出现了危机,就象开尔文所说的,“晴朗的天空飘来两片乌云。”

其一,是迈克尔逊宣告寻找以太风的失败,证明经典物理学所依赖的假设介质――以太――根本不存在。

其二,就是所谓的“紫外灾难”,即在紫外波段黑体辐射的实验规律与经典物理学的理论相违背。

黑体是科学家们从炼钢炉原型抽象出来的物理模型。黑体必须可以完全吸收从任何角度入射的任何波长、任何强度的电磁波,而没有丝毫的反射。当然,在一定温度下达到热平衡状态时,也同样具备相应的辐射本领。绝对的黑体是不存在的,地球倒是一个良好的近似黑体实例。实际上科学家常常拿一个开一小洞的空腔,近似地模拟绝对黑体。

1888年,赫兹发现光电效应后,科学家们进行了深入研究。在光照金属表面时,发现金属表面释放出的光电子的能量与光强(振幅)无关,只取决于入射光的频率(或波长)。这个现象按照经典物理学理论无法解释!

1887-1896年,维恩根据经典物理学热力学理论,推导出了一个黑体辐射能量随频率ν的分布规律,即维恩公式:

 

(其中a’和a均为常量)

但实验发现在低频波段与实测结果不符,经典物理学理论再次暴露瑕疵。

1900年6月开始,根据经典物理学电动力学理论推导出的瑞利-金斯公式:

 

可以较好地符合黑体辐射在低频波段的实验结果,但在高频的紫外波段却与实验结果大相径庭,甚至理论上是辐射能量趋于无穷大!对于建立在牛顿自然哲学基础上的经典物理学理论来说,无疑是一场颠覆性的灾难,因此当时的科学家们称之为“紫外灾难”!

科学总是在不断的否定和突破中进步和创新。19世纪末的这两片乌云,恰恰予示了催生新的科学理论的风雨即将来临!正是第一片乌云催生了20世纪初的爱因斯坦的相对论。

第二片乌云催生了什么呢?且听周法哲下回分解。

(作者:周法哲2008-3-22于广东,插图为转摘)

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