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緊接上回（“晴空萬里，烏云兩朵（第一朵，共兩朵）”），籠罩在經(jīng)典物理學(xué)大廈上的第一朵烏云(邁克爾孫實(shí)驗(yàn)結(jié)果和以太漂移說的矛盾)。

第二朵烏云將在這篇文章內(nèi)揭曉，它就是——能量均分定理與黑體輻射的矛盾。而這朵烏云，最終也降下了“量子理論”的雨滴。

很多事情，就是在不斷的探索之中變得越來越明了。

而物理呢？

這門學(xué)科發(fā)展的道路往往是在“前人的現(xiàn)象—后人的質(zhì)疑—后人的實(shí)驗(yàn)—后人的結(jié)果—再后人的質(zhì)疑—再后人的實(shí)驗(yàn)—······”。

到底結(jié)果是不是更加明了了呢？

筆者驕傲地告訴你

——我不知道

言歸正傳，19世紀(jì)在熱學(xué)研究過程中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)能量均分定則在氣體比熱以及勢輻射能譜的理論解釋時，得出了與實(shí)驗(yàn)不等的結(jié)果，尤其是黑體輻射理論出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”最為突出。

喜歡物理的小伙伴對“黑體”一詞應(yīng)該并不陌生。所謂“黑體”是指能夠全部吸收外來的輻射而毫無任何反射和透射，吸收率是100％的理想物體。“黑體輻射”的概念在1859年由基爾霍夫提出。

在同樣的溫度下，不同物體的發(fā)光亮度和顏色（波長）不同。顏色深的物體吸收輻射的本領(lǐng)比較強(qiáng)，比如煤炭對電磁波的吸收率可達(dá)到80％左右。真正的黑體并不存在，但是，一個表面開有一個小孔的空腔，則可以看作是一個近似的黑體。因?yàn)橥ㄟ^小孔進(jìn)入空腔的輻射，在腔里經(jīng)過多次反射和吸收以后，不會再從小孔透出。

黑體輻射的研究基礎(chǔ)是熱輻射，熱輻射作為十九世紀(jì)發(fā)展起來的新學(xué)科，得到了熱力學(xué)及光譜學(xué)的支持，也用到了電磁學(xué)和光學(xué)的新興技術(shù)，因而得到了快速的發(fā)展。

紫外災(zāi)難是指：用于計算黑體輻射強(qiáng)度的瑞利－金斯定律在輻射頻率趨向于無窮大時，計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法吻合。

19世紀(jì)末，盧梅爾等人通過著名實(shí)驗(yàn)——黑體輻射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黑體輻射的能量不是連續(xù)的，它按波長的分布僅與黑體的溫度有關(guān)。從經(jīng)典物理學(xué)的角度看來，這個實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是不可思議的。

1908年，盧梅爾和普林舍母舉了一個經(jīng)典且淺顯的例子來解釋這個矛盾：熔融的鋼的溫度約為1700K，它可以發(fā)出非常強(qiáng)烈的光。在瑞利-金斯理論下，輻射能量密度與絕對溫度成正比，故室溫300K左右時，黑體輻射的能量應(yīng)為高溫下的300/1700，這個推論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。

那故事到底是如何展開的呢？

黑體輻射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是對是錯呢？

請聽筆者娓娓道來。

1893年，德國物理學(xué)家維恩較早提出能量分布定律，并推導(dǎo)出黑體輻射能量按波長分布的公式，即維恩位移公式。

但由于物理學(xué)家的推論均是以經(jīng)典物理為基礎(chǔ)，維恩公式與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不完全一致，而是只在波長比較短、溫度比較低的時候才和實(shí)驗(yàn)事實(shí)符合。溫度越高，偏離越嚴(yán)重。

英國物理學(xué)家瑞利認(rèn)為能量是一種連續(xù)變化的物理量，因此在高溫和長波條件下，麥克斯韋-玻爾茲曼的能量均分原理應(yīng)該是仍然有效。

后來,經(jīng)物理學(xué)家、天文學(xué)家金斯的修正，以能量均分定理為基礎(chǔ)的黑體輻射公式被建立起來。

但是，從瑞利-金斯公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）隨著波長的變短，輻射強(qiáng)度可以無止境地增加，這和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差十萬八千里，是荒謬的。

這個失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災(zāi)難”。

而“紫外災(zāi)難”也被后人看作是整個經(jīng)典物理學(xué)的“災(zāi)難”。

但奇跡就是：在科學(xué)家鍥而不舍的探索之下，物理總會得到又一次巨大地發(fā)展。

普朗克看到黑體輻射公式遇到了一次又一次的瓶頸而無法解釋，反觀瑞利-金斯公式在長波方向的正確性。

他決定：探求另一條道路，來解釋短波方向的輻射定律——能量子假設(shè)。

但普朗克的黑體輻射公式里所引入的這個假設(shè)，卻極其不符合經(jīng)典物理理論。

“能量是不連續(xù)的嗎？簡直可笑！”經(jīng)典物理的支持者們帶著懷疑和嘲笑接踵而至。

但是，面對越來越多的實(shí)驗(yàn)證明了普朗克的能量子假設(shè)的正確性之后，越來越多的物理學(xué)家轉(zhuǎn)變了態(tài)度，選擇接受這個新興的理論。

量子理論的大門由此被敲開，并逐漸成為20世紀(jì)乃至現(xiàn)在最重要、最熱門的物理學(xué)科。