经典物理在黑体辐射问题上遇到什么困难,又是如何解决? 物理学史上的两朵乌云指的是什么

www.zhiqu.org     时间: 2024-05-31

困难:从经典物理学出发推导出的维恩定律在低频区域与实验数据不相符,而在高频区域,从经典物理学的能量均分定理推导出瑞利-金斯定律又与实验数据不相符,在辐射频率趋向无穷大时,能量也会变得无穷大,这结果被称作“紫外灾变”。

解决:1900年10月,马克斯·普朗克将维恩定律加以改良,又将玻尔兹曼熵公式重新诠释,得出了一个与实验数据完全吻合普朗克公式来描述黑体辐射。

理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射,并将这些辐射转化为热辐射,其光谱特征仅与该黑体的温度有关,与黑体的材质无关。

但是在诠释普朗克公式时,通过将物体中的原子看作微小的量子谐振子,他不得不假设这些量子谐振子的总能量不是连续的,即总能量只能是离散的数值(经典物理学的观点恰好相反)。

后来,普朗克进一步假设单独量子谐振子吸收和放射的辐射能是量子化的。

扩展资料

所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。

基尔霍夫辐射定律,在热平衡状态的物体所辐射的能量与吸收率之比与物体本身物性无关,只与波长和温度有关。按照基尔霍夫辐射定律,在一定温度下,黑体必然是辐射本领最大的物体,可叫作完全辐射体。

黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射,在特定温度及特定波长放射最大量之辐射。同时,黑体是可以吸收所有入射辐射的物体,不会反射任何辐射,但黑体未必是黑色的,例如太阳为气体星球,可以认为射向太阳的电磁辐射很难被反射回来,所以认为太阳是一个黑体。

参考资料来源:百度百科-黑体辐射



经典物理认为能量分布是连续的,这在黑体辐射公式的推导上遇到了巨大难题。维恩的公式在波长比较短、温度比较低的时候才与实验数据相符,而瑞利—金斯公式则恰恰相反,在短波区域内出现极大的偏差,当时被称作紫外灾难。这种情况催生了普朗克的量子理论,量子理论认为能量的分布并不是连续的而是一份一份的(一定量一定量的),例如在光电效应中,如果按照经典物理的能量连续分布理论,即使能量较低的光线或是较弱的光线照射,只要延长照射时间一样能够产生光电效应,但这与实验结果是相悖的,但当引入了量子之后,因为光子的能量是固定的,那么只要其能量达到某金属的电子飞出所需要的能量,那么无论光照是强还是弱,光电效应都会瞬时产生。量子的出现,也便成了研究微观世界的量子物理的基础。

用于计算黑体辐射强度的瑞利-金斯定律在辐射频率趋向于无穷大时计算结果和实验数据无法吻合,即紫外灾难。解决的途径是能量的量子化的提出,M.普朗克在量子论基础上建立了关于黑体辐射的正确公式。

按照经典物理学去解释黑体辐射的问题得到的公式只能符合部分频率对应的能量,无法解释频率较大的电磁波,普朗克后来就根据黑体辐射作出假设提出能量是不连续的,一份一份的,也就是能量是量子化,得出E=hv这个公式就很好的解释了黑体辐射的问题,后来爱因斯坦对其修正,提出光波本身就是量子化的,更加彻底的解决了黑体辐射问题

经典物理在黑体辐射问题上遇到什么困难,又是如何解决~

用于计算黑体辐射强度的瑞利-金斯定律在辐射频率趋向于无穷大时计算结果和实验数据无法吻合,即紫外灾难。解决的途径是能量的量子化的提出,M.普朗克在量子论基础上建立了关于黑体辐射的正确公式。

第一朵乌云出现在光的波动理论上。
第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。
19世纪的最后一天,欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上,英国著名物理学家威廉.汤姆生(即开尔文男爵)发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说,物理大厦已经落成,所剩只是一些修饰工作。同时,他在展望20世纪物理学前景时,却若有所思地讲道:“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式。

扩展资料普朗克曾在1924年做过一次演讲。在演讲中,他回忆1875年在慕尼黑大学学物理时,物理老师P.约里(1809-1884)曾劝他不要学纯理论,因为物理学“是一门高度发展的、几乎是臻善臻美的科学”,现在这门科学“看来很接近于采取最稳定的形式。
也许,在某个角落里还有一粒尘屑或一个小气泡,对它们可以去进行研究和分类,但是,作为一个完整的体系,那是建立得足够牢固的。而理论物理学正在明显地接近于几何学在数百年中所已具有的那样完美的程度。”普朗克的另一位名师,柏林大学的G·基尔霍夫(1824-1887)也说过类似的话,他说“物理学已经无所作为,往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。”
尽管开尔文对物理学成就的评价言之过激,但他能够在此万里晴空中发现“两朵乌云”并为之忧心忡忡,足见他富有远见。物理学发展的历史表明,正是这两朵小小的乌云,终于酿成了一场大风暴。
参考资料:百度百科-物理两朵乌云


#华琼柄# 物理学史上, -
(13171927925): 第一朵乌云出现在光的波动理论上,----迈克耳逊-莫雷实验与“以太”说 光波为什么能在真空中传播?它的传播介质是什么?物理学家给光找了个传播介质―“以太”,肯定了“以太”的存在,新的问题又产生了:地球以每秒30公里的速度绕太...

#华琼柄# 如何用能量量子化解释黑体辐射规律?
(13171927925): 普朗克之所以要提出量子化理论是为了对于当时经典物理无法解释的“紫外灾难”进行解释. 所谓紫外灾难,就是1900年瑞利根据经典统计力学推出的瑞利辐射公式,在紫外区呈现出的发散,就是辐射的能量密度和电磁波频率的平方成正比,...

#华琼柄# 黑体辐射和光电效应 -
(13171927925): 普朗克在研究黑体辐射时提出能量子假说,即物体在辐射或吸收能量时,只能以hν的整数倍进行.爱因斯坦在研究光电效应时,进一步提出光所携带的能量也是以hν计算的,即光量子(现在称光子)在传播时能量也是量子化的.

#华琼柄# 什么是黑体辐射?对量子学的 研究有什么贡献? -
(13171927925): 任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领.辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布.这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射.为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理...

#华琼柄# 黑体是什么呢? -
(13171927925): 黑体辐射指黑体发出的电磁辐射. 黑体不仅仅能全部吸收外来的电磁辐射,且发射电磁辐射的能力比同温度下的任何其它物体强. 黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关. 对于黑体的研究,使得自然现象中的量子效应被发现. 或许我们换...

#华琼柄# 元素放射性,电子运动,黑体辐射,光电效应.分别是怎么挑战了经典物理学的? -
(13171927925): 只能解释一部分!以太漂移实验、电子运动,黑体辐射,光电效应等

#华琼柄# 在20世纪,物理学研究领域有"两朵乌云",指的是什么
(13171927925): 英国著名物理学家威廉.汤姆生(即开尔文男爵)发表了新年祝词中的话.第一朵乌... 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,所以这也是整个...

#华琼柄# 量子力学中的黑体该怎么理解? -
(13171927925): 普朗克在解决黑体辐射问题时,引入了能量的最小单位hυ(能量子),即打破了经典物理中能量必须是连续的.这是量子力学的起源.

#华琼柄# 目前理论物理学重大难题有哪些? -
(13171927925): 难题(1) 暗物质是什么? (2) 暗能量是什么? (3) 引力是什么? (4) 时间是什么? (5) 空间是什么? (6) 宇宙本源是什么? (7) 引力质量与惯性质量为何相等? (8) 质量能量与时间空间究竟是什么关系? (9) 哈勃...

#华琼柄# 介绍一下物理学中的“以太之谜”和“紫外危机”
(13171927925): 以太危机 在19世纪后期,动力学断言,光的运动方式符合动力学理论,光在以太中传播.于是,就有了迈克尔逊—莫雷实验,这实验的目的是以太相对地球漂移的速度.这可能是当时最精密的物理实验,然而实验结果却出人意料:以太对光的运动根本没有影响!于是以太就被扔进了历史的垃圾堆,相对论便站在了历史的舞台上. 紫外危机 就是19世纪末著名的黑体辐射问题,实验结果与理论有很大差距,无数科学家为此费尽心思,最终由普朗克打开了量子的大门,以后又由多名科学家一起,奠定了量子力学的数学基础,从此量子论便和相对论一起,成为现代物理世界的两大支柱.